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DESINTEGRACIÓN MECÁNICA DE SÓLIDOS
INTRODUCCIÓN.
Las materias primas y los productos de las industrias químicas y minería
requieren por lo general una adecuada preparación en la que suele intervenir el
acondicionamiento del tamaño de sus partículas obtenido por desintegración de formas
mayores. Esto se consigue mediante unas máquinas que se llaman quebrantadores,
trituradores y molinos. Los primeros reducen los tamaños grandes a medianos; los
segundos se emplean para grados intermedios de subdivisión, y los terceros para la
pulverización fina de los tamaños medios.
Específicamente, la desintegración se refiere a la reducción del tamaño de
agregados de partículas blandas débilmente ligadas entre si. Es decir, que no se
produce ningún cambio en el tamaño de las partículas fundamentales de las sustancias.
En la práctica, se utiliza un molino de martillos, cuya función específica es pulverizar el
material. La característica principal de estos equipos es que trabajan a altas
velocidades, las cuales provocan que la fuerza centrífuga, los martillos sujetos al eje del
equipo sean dirigidos hacia fuera del mismo.
OBJETIVOS
OBJETIVO GENERAL:
Desintegrar un sólido granular en un molino de martillos.
OBJETIVOS ESPECÍFICOS:
Determinar el gasto energético.
Determinar el tiempo de desintegración de 100 kg de molle pelado.
Costo de producción de 100kg de molle.
Determinar la relación de desintegración (Lf / Li).
FUNDAMENTO TEÓRICO
FUNDAMENTOS DE LA DESINTEGRACION MECÁNICA DE SÓLIDOS
CRITERIOS DE LA DESINTEGRACIÓN MECÁNICA.
La desintegración mecánica es un término genérico de reducción de tamaño. Las
quebrantadoras y los molinos son tipos de equipos de desintegración. Una
quebrantadora o molino ideal debieran tener una gran capacidad, requerir poco
consumo de energía por unidad de producto, y dar lugar a un producto de un único
tamaño, o distribución de tamaños, que se desee. El método habitual para estudiar el
comportamiento del equipo de proceso es establecer una operación ideal como patrón y
comparar las características del equipo real con las de la unidad ideal, observando la
diferencia entre ambas. Cuando se aplica este método al equipo de desintegración y
molienda, las diferencias entre la unidad ideal y la real son muy grandes y, a pesar de
los amplios estudios realizados, no se han aclarado totalmente las deficiencias. Por otra
parte, se han desarrollado correlaciones empíricas útiles para predecir el
comportamiento del equipo a partir de la incompleta teoría disponible. Las capacidades
de las máquinas de desintegración se tratarán al describir los distintos tipos de equipos.
Sin embargo, los aspectos fundamentales de la forma y tamaño del producto, así como
el consumo de energía, son comunes a la mayor parte de las máquinas y se pueden
considerar de una forma más general.
Reducción de tamaño.
Es una operación unitaria destinada a la generación de partículas cuya área superficial
se ve aumentada.
Los objetivos principales de estas operaciones son:
1. Facilitar el manejo de algunos sólidos
2. Facilitar la mezcla de sólidos
3. Aumentar área superficial de los sólidos para facilitar contacto y reacciones
químicas.
Los sólidos pueden romperse de las siguientes formas:
Compresión
Impacto
Frotación o rozamiento
Corte
Molienda
La molienda es una operación unitaria que a pesar de implicar solo una transformación
física de la materia sin alterar su naturaleza, es de suma importancia en diversos
procesos industriales, ya que el tamaño de partículas representa en forma indirecta
áreas, que a su vez afectan las magnitudes de los fenómenos de transferencia entre
otras cosas. Considerando lo anterior, el conocimiento de la granulometría para
determinado material es de importancia.
La molienda es una operación unitaria que reduce el volumen promedio de las
partículas de una muestra sólida. La reducción se lleva a cabo dividiendo o
fraccionando la muestra por medios mecánicos hasta el tamaño deseado. Los métodos
de reducción mas usados en las maquinas de molienda son compresión, impacto,
frotamiento de cizalla y cortado.
La desintegración mecánica es un término genérico de reducción de tamaño de las
partículas. Los sólidos pueden romperse de muy diferentes formas: compresión,
impacto, frotación o rozamiento, cizallamiento, corte y desgarramiento. De todas ellas
son cuatro las que más se utilizan habitualmente en los equipos de reducción de
tamaño: Compresión, Impacto, Frotación y Corte.
Los equipos mas utilizados en la reducción de tamaño son las quebrantadoras
(reducción de grandes a medianos), trituradoras (grados intermedios de subdivisión) y
molinos (pulverización fina de los tamaños medios).
Al reducir de tamaño a un sólido, se obtiene otro con mayor área, distinta forma, mayor
número y menor tamaño.
Aplicaciones.
Las materias primas y los productos de las industrias químicas, mineros, alimenticios,
requieren una adecuada preparación en la que suele intervenir el acondicionamiento del
tamaño de las partículas obtenidas por desintegración de formas mayores. El tamaño
en si no es una propiedad característica, la propiedad más importante es el área
específica porque a menor tamaño mayor área especifica, por ejemplo:
A mayor área especifica de un catalizador mayor velocidad de reacción.
A mayor área específica de un pigmento menor cantidad de pigmento a ser
utilizado en un recubrimiento.
En la industria alimenticia se aplica a menudo la desintegración a gran parte de las
materias primas.
En la desintegración mecánica se sólidos es esencial conocer:
1. Las leyes que rigen este fenómeno.
2. Las características de los productos producidos.
3. Los tipos de maquinas que pueden emplearse y el campo especifico de
aplicación.
LEYES DE DESINTEGRACIÓN.
Ley de Rittinger.
La consecuencia de la desintegración es la aparición de nuevas superficies libres que
se consigue venciendo la fuerza de cohesión.
La ley de Rittinger dice: “ El trabajo necesario para una desintegración es proporcional
al aumento de la superficie producido”.
Si para una determinada cantidad de sólido, el aumento de la superficie es s, el
trabajo consumido para obtenerla es:
Esta ley exige la condición de insostenía, esta condición dice que los productos
desintegrados deben ser de la misma forma que el sólido original.
Para hacer compatible la ley de Rittinger con los resultados de la practica la formula se
escribe de la siguiente forma:
z = energía superficial especifica (0-1)
j = factor de forma (0-1)
= coeficiente de huecos (0-10)
= coeficiente de rendimiento (0-1)
EFICACIA DE LA DESINTEGRACIÓN
La relación entre la energía superficial creada por la desintegración
mecánica y la energía absorbida por el sólido es la eficacia de desintegración c .
Si es es la energía superficial por unidad de área y (Awb – Awa ) son las áreas por unidad
de masa de producto y de alimentación, respectivamente, la energía absorbida por
unidad de masa de material Wn es:
c
wawbsn
AAeW
La precisión del cálculo es mala, principalmente debido a las
incertidumbres en el cálculo de es pero los resultados indican que las eficacias de
trituración están comprendidas en el intervalo de 0,06 a 1 %
La energía absorbida por el sólido Wn es menor que la comunicada por la máquina.
Parte de la entrada total de energía W se utiliza para vencer la fricción en los cojinetes,
y otras partes móviles, y el resto queda disponible para trituración. La relación entre la
eficacia absorbida y la entrada de energía es la eficacia mecánica m .Por tanto, si W es
la entrada de energía
cn
wawbs
m
n AAe
WW
Ley de Rittinger, no es más que una hipótesis es equivalente a establecer
que la eficacia de desintegración c es constante y, para una máquina y material de
alimentación dados, es independiente de los tamaños de la alimentación y del producto.
Ley de Kick.
En 1885 Kick propuso otra ley basa en el análisis de esfuerzos por
deformación plástica dentro del limite de elasticidad, establece que:
“El trabajo absorbido para producir cambios análogos en la configuración de dos
cuerpos geométricamente semejantes y de la misma materia varia con el volumen de
esos cuerpos”
Donde B depende del aparato, de la clase de materia que desintegra y de la forma en
que se efectúe la operación.
Si x = 1 ley de Kick.
Si x = 2 ley de Rittinger
La ley de Rittinger se cumple mejor que la ley de Kick en los molidos finos, la ley de
Kick se adapta mejor en la desintegración de partículas gruesas.
Ley de Bond.
La ley de Bond dice que “El trabajo necesario es inversamente proporcional
a la raíz cuadrada del tamaño producido”
Donde:
r = (Li/Lf) cociente de desintegración.
Wi = es una constante de energía
Wi = Numero de Kw.-h necesarios para subdividir una pieza de una tonelada desde un
tamaño infinito hasta un 80% de tamaño inferior a 100 micrones.
Wi = es mayor en un molido fino que en una trituración gruesa.
Estas leyes solo sirven para comprobar el funcionamiento del equipo de desintegración.
EQUIPO DE DESINTEGRACIÓN.
Una máquina de desintegradora ideal debe ser:
Tener gran capacidad de producción.
Requerir poca potencia por unidad de producto.
Elaborar un producto uniforme.
CRITERIOS DE ELECCIÓN DE UN EQUIPO DE DESINTEGRACIÓN.
En la elección de un desintegrador se tiene que tener en cuenta las siguientes
consideraciones:
Cumplir con las condiciones granulométricas previstas para el producto.
El consumo de energía debe ser el más mínimo posible por unidad de cantidad
de producto desintegrado.
Trabajo con la máxima relación de desintegración posible.
Los costos de adquisición, mantenimiento, mano de obra, desgaste deben ser
mínimos.
La obra auxiliar de cimentación, anclaje debe ser la mínima posible.
FUNCIONES ESÉNCIALES O PARTES DE UN DESINTEGRADOR.
La forma de efectuar la alimentación debe ser:
- Regulable, para una adaptación a distintas necesidades.
- Selectiva, para impedir la entrada de tamaños perjudiciales o excesivos.
La acción de desintegración que tiene dos tipos de partes:
- Móviles o activos.
- Anclados o fijos.
Salida del producto una vez que su tamaño es el requerido.
Ley empírica para determinar consumo de energía.
Donde:
P = Potencia necesaria para triturar (Kw.)
Wi = Índice de trabajo (Kw.-h / Ton.)
M = Velocidad de alimentación (Ton / h)
Db = Tamaño del producto (mm)
Da = Tamaño inicial del producto (mm)
IMPORTANCIA DE REDUCCIÓN DEL TAMAÑO.
En los procesos que interviene es la operación mas costosa en cuanto a
consumo de energía se refiere, debido a esto se debe optimizar el proceso, conociendo
las variables que la afectan.
Debido a que el consumo de energía depende de los tamaños inicial e final de las
partículas se debe evaluar el tamaño final deseado con el fin de no reducir el tamaño
más de lo necesario.
CLASIFICACIÓN DE EQUIPOS DE MOLIENDA.
Las principales clases de maquinas para molienda son:
- Trituradores (Grueso y Finos).
Triturador de Quijadas.
Triturador Giratorio.
Triturador de Rodillos.
- Molinos (intermedios y Finos).
Molino de Martillos.
Molino de Rodillos de Compresión.
Molino de Tazón.
Molino de Rodillos.
Molinos de Fricción.
Molinos Revolvedores.
Molinos de Barras.
Molinos de Bolas.
Molinos de Tubo.
- Molinos Ultra finos.
Molinos de Martillo con clasificación Interna.
Molinos de flujo Energético.
Molinos Agitadores.
- Molinos Cortadores y Cortadores de cuchillas.
-
La operación de molienda se realiza en varias etapas:
a) La primera etapa consiste en fraccionar sólidos de gran tamaño. Para ello se utilizan
los trituradores o molinos primarios. Los más utilizados son: el de martillos, muy común
en la industria cementera, y el de mandíbulas.
Los trituradores de quijadas o molinos de mandíbulas se dividen en tres grupos
principales: Blake, Dodge y excéntricos. La alimentación se recibe entre las mandíbulas
que forman una “V”. Una de las mandíbulas es fija, y la otra tiene un movimiento
alternativo en un plano horizontal. Esta seccionado por una excéntrica, de modo que
aplica un gran esfuerzo de compresión sobre los trozos atrapados en las mandíbulas.
La posición inclinada de la quijada móvil determina una obstrucción al material por
triturarse cuanto mas abajo se encuentre este, de tal forma que le material se va
acercando a la boca donde es triturado.
La abertura de la boca puede ser regulada y con esto poder tener variaciones en la
granulometría obtenida de este triturador.
b) La segunda etapa sirve para reducir el tamaño con mas control, manejándose
tamaños intermedios y finos. Para esta etapa el molino mas empleado en la industria es
el molino de bolas.
El molino de bolas o de guijarros lleva a cabo la mayor parte de la reducción por
impacto. Cuando este gira sobre su propio eje, provoca que las bolas caigan en
cascada además de un buen mezclado del material. De esta manera la molienda es
uniforme, el molino de bolas a escala industrial trabaja con flujo continuo teniendo dos
cámaras en su interior, la primera contiene bolas grandes de dos a tres pulgadas de
diámetro, mientras que la segunda tendrá bolas de una a una y media pulgadas. Estos
molinos generalmente trabajan en circuito cerrado.
Quebrantadores.
Son máquinas de baja velocidad utilizada para la reducción de grandes volúmenes de
sólidos, pueden ser lisos o dentados.
Molinos de martillo
Se utilizan los molinos de martillo para la trituración de carbón, piedra
caliza y yeso, además de minerales y sales, en centrales carbo-eléctricas y en la
industria metalúrgica y de materiales. La capacidad es de 1.500 t/h. Después de llegar a
los rotores, el material a triturar es machacado por los cabezales móviles, que lo
proyectan contra los deflectores. En la parte inferior se efectúa una segunda trituración
entre rotor y deflector.
Material a tratar: carbón de hulla y lignito, carbón de coque, piedra caliza y de yeso,
mena y sales.
Molino de impacto primario
Las machacadoras de impacto primario son especialmente apropiadas
para el tratamiento de material semi-duro y duro. Después de entrar en los rotores, los
listoncillos fijos recogen el material a triturar y lo machacan proyectándolo contra la
palanca inferior y superior.
Material a tratar: Caliza, yeso, potasa, escombrera, escoria.
Los molinos de martillo y de impacto se utilizan sobre todo en la industria minera y
canteras para la trituración primaria y secundaria de diferentes minerales y piedras
semi-duras. Después de entrar en los rotores, el material a triturar es machacado por
los cabezales móviles, que lo proyectan contra los deflectores.
Material a tratar: Roca dura, minerales, piedra caliza y de yeso bruto.
Desterronadores clasificadores
Se utilizan los molinos de cadenas en salinas y en la industria fertilizante,
sobre todo para la trituración de material muy cohesivo y poroso, con tendencia a
aglutinación. El principio de trituración es parecido al de los molinos de martillo, solo
que las cabezas de martillo están fijadas con eslabones de cadena. El diseño puede ser
con uno o con dos rotores. En el modelo con dos rotores, éstos tienen un movimiento
antagónico.
Materiales a tratar: sales y materiales fertilizantes.
Machacadoras de mandíbula
Se utilizan las machacadoras de mandíbula para triturar material semi-duro hasta muy
duro en la industria las canteras, altos hornos, minería y en el reciclaje.
Tienen una mandíbula fija y una móvil que, juntas, forman un espacio de machaqueo
cuneiforme que sirve de elemento de desgaste. El brazo oscilante móvil circula con una
trayectoria elíptica y varía la geometría del espacio de machaqueo, con el resultado que
el material se rompe entre las mandíbulas.
Material a tratar: piedra berroqueña, basalto, diabasa, caliza, mena, escoria.
Triturador de un rodillo
Se utilizan las trituradoras de rodillo para la trituración cuidadosa de material blando a
semi-duro en centrales carboeléctricas, en la industria energética, química, en canteras.
El espacio de machaqueo cuneiforme está formado por un rodillo rotatorio y una placa
machacadora de suspensión (peine machacador). La trituración se efectúa mediante
esfuerzo compresor y cortante.
Material a tratar: carbón, coque, yeso, sal, escoria.
Triturador de dos rodillos
Las trituradoras de dos rodillos tienen una amplia aplicación en la técnica
de tratamiento y sirven para la trituración cuidadosa de material a granel blando a semi-
duro. El material a triturar es desmenuzado por compresión y cizallamiento entre los
rodillos contrarrotativos.
Material a tratar: cal, yeso, carbón, coque y material siderúrgico.
Trituradora de rodillos lisos
Se emplean los laminadores lisos en centrales carboeléctricas, coquerías,
plantas siderúrgicas, en la industria de energía, de reciclaje, en la industria química y
cerámica, en los altos hornos y en la industria de rocas y tierras.
A través de canales transportadores, el material a triturar se reparte uniformemente en
toda la anchura de los rodillos, cuya envoltura tiene una superficie lisa y con un
mecanismo de propulsión contrario.
Material a tratar: fertilizantes, sales, coque, carbón, vidrio.
Mallas vibradoras. Se utilizan para separar metales, vidrio, madera y escombro.
De discos. Consisten en una serie de discos acanalados que giran uno contra otro de
tal manera que los residuos de tamaños menores o iguales al canal que se forma se
separan y caen por debajo del equipo. Tienen la ventaja de que se limpian solas y se
pueden ajustar para diferentes tamaños.
Molino de Bolas
Molino de Rodillos
APLICACIONES.
Azúcar.
Conchillas.
Pigmentos.
Resinas.
Abonos.
Almidón.
Cal.
Legumbres, especias.
Piedras, mármol.
Alimentos balanceados, etc.
MATERIALES Y REACTIVOS.
Equipo a utilizar
Molino de martillos con sus respectivos tamices y silo almacenador.
Balanza.
Multímetro.
Cronómetro.
Material a utilizar.
Tabla para la retención de la alimentación.
Bolsas para la recolección del material molido.
100 Kg de molle pelado.
Vernier.
PROCEDIMIENTO RECOMENDADO.
Primero se debe tener el cuidado de que los tamices del molino de martillos estén
limpios y secos.
Medir los diámetros de los dos tamices con el calibrador vernier de forma aleatoria.
Hacer funcionar por un corto tiempo el molino en vacío y colocando una de las bolsas
de plástico en la parte baja de la tolva para recibir el producto, con el fin de que estos
equipos estén limpios y exentos de material de una anterior molienda.
Pesar 100 kg. de molle pelado.
Colocar una de las bolsas de plástico en la parte baja de la tolva para recibir el producto
ya molido.
Verificar que el molino esté sellado de la parte inferior.
Encender el molino presionando el botón verde de encendido y medir con el multímetro
la corriente eléctrica que circula por el equipo.
Permitir que la muestra se desplace hacia el área de molienda y medir el tiempo
transcurrido desde que ingresa la alimentación al molino hasta que la alimentación ha
sido totalmente introducida al molino.
Tener el cuidado de que la alimentación se esté realizando en forma adecuada y que no
ingrese material extraño al molino como ser piedras, telas, etc.
Durante la operación de molienda, cada cierto tiempo medir con el multímetro la
corriente eléctrica que circula por el equipo.
Después de que la muestra ha sido molida totalmente, se debe pesar el producto, a fin
de determinar las pérdidas por operación en el molino.
Desconectar el molino presionando el botón rojo de apagado.
Datos, cálculos y resultados.
Intensidad de corriente sin carga = 20 (A)
Intensidad de corriente con carga = 21 (A)
Diferencia de Potencial =380 Voltios
Tamiz fino.
Mmolle = 99,95 Kg
Mmollemolido = 19.50 Kg
Diámetro promedio (tamiz fino) = 4,33 mm
Eficiencia desarrollada en el proceso:
Masa perdida en el proceso:
Tiempo de operación = 12,88 min
Mano de obra:
Energía Eléctrica:
Depreciación:
Costo del molino 1400 $us con 10 años de depreciación.
Datos por día:
Descripción Costo ($us)
Materia prima 31,59
Mano de obra 0,203
Energía eléctrica 0,102
Depreciación 0,389
Total costo de desintegración 32,311 $us/día,para aprox
100 Kg de molle
Costo de producción unitario: 0,327 $us/Kg molido
Conclusiones.
Se puede ver según los datos y cálculos que se utilizara mayor cantidad de energía
mientras mas finas sean las partículas, y a su vez se gastara mayor cantidad de
energía.
El gasto energético por día para la desintegración del molle es 0,102 $us.
El tiempo de desintegración para aproximadamente 100 Kg de materia prima es de 12
minutos.
El costo de producción de aproximadamente 100 Kg de molle es 32 $us.
Bibliografía.
Warren L. McCabe, Julian C. Smith “Operaciones Unitarias En Ing. Química”
Vian/Ocón “Elementos de Ingeniería Química”
http://www.geocities.com/CollegePark/Library/606/molienda.html
http://www.mty.itesm.mx/dia/deptos/iq/iq95971/Molienda.PDF
