Diapositiva 1

Unidad 4. Reduccin de Tamao

Elabor: M.C. Yenissei M. Hernndez Castaeda (yenissei@gmail.com)Instituto Tecnolgico de TolucaDepartamento de Ingeniera Qumica y BioqumicaOperaciones Unitarias 1Objetivo de AprendizajeSeleccionar el tipo de reductor de tamao y calcular su potencia

Trituracin y moliendaDenotan la subdivisin de partculas slidas grandes en ms pequeas.

En general, moler significa una mayor subdivisin del producto.

AplicacionesIndustria minera.Productos qumicos en forma de polvos: farmacutica, alimenticia, cemento, carbn de hulla, pigmentos, colorantes.Aumentar la reactividad de los slidos (mayor rea por unidad de volumen o concentracin de sitios activos).Separacin por mtodos mecnicos de ingredientes no deseados.Facilitar el tratamiento de algn material.

Mtodos principales de moliendaCompresin o trituracin: se usa para reducir de tamao slidos duros a tamaos ms o menos grandes.Impacto: produce tamaos gruesos, medianos o finos.Desgaste o frotamiento: produce materiales muy finos a partir de material blando no abrasivo.Corte: da lugar a un tamao definido de partculas y en ocasiones de forma, con muy pocos o nada de finos.

Existe poco conocimiento de la teora bsica de este proceso, como resultado existe una amplia variedad de maquinaria.ClasificacinTrituradores bastosTrituradores de mandbulas (Blake, Dodge)Molinos de finosCentrfugosDe piedras de molinoDe rodillosDe bolas y tuboUltrafinosTrituradores intermediosDe rodillosDe discoDe muelas verticalesDesintegradoresDe martillo

Clasificacin

Clasificacin

Clasificacin

Molino IdealTener una gran capacidad.Requerir poco consumo de energa por unidad de producto.Dar lugar a un producto de un nico tamao, o distribucin de tamaos que se dese.

Molino IdealUn indicador de la eficiencia es la energa (trabajo) que se requiere para crear una nueva superficie.Eficiencia ideal >>>>> Eficiencia real Eficiencias del 0.1 al 1% !!!

Molino RealSegn Schellinger, para un molino de bolas:EnergaSe utiliza en:25%Se pierde en el motor (mecanismo)60%Calor15%Desgaste, ruido, molienda0.5%Rotura de enlaces inicosOtros autores refieren que entre 75 y 94% de la energa se pierde como calor.

Caractersticas de los productos trituradosEl producto siempre consta de una mezcla de partculas, con un tamao variable desde un mximo definido hasta un mnimo submicroscpico, an partiendo de una alimentacin uniforme.

La relacin de dimetros entre las partculas ms grandes y ms pequeas en un material triturado es del orden de 104.

Debido a esto el trmino tamao medio carece de sentido.

Tipos y tamaos de partculasPoliedrosLongitud y anchura aproximadaLminasAgujas

Tipos y tamaos de partculasPartculas gruesas: pulgadas a milmetrosPartculas finas: mallas de tamizPartculas muy finas: micrmetros o nanmetrosPartculas ultrafinas: rea superficial/unidad de masa (absorcin de gases).

Escala de tamices

Tipos y tamaos de partculasPartculas finasCuando no puede aplicarse el tamizado se aplica:

Sedimentacin diferencialPorosidad de lechos sedimentadosAbsorcin de la luz en suspensionesAdsorcin de gases sobre la superficie de partculasRecuento visual (microscopio)Conductividad elctrica

Teora de la trituracinReduccin de TamaoTeora de la trituracinAn no es factible disear la maquinaria por medio de frmulas matemticas.Se han desarrollado diversas teoras y modelos, pero ninguno expresa exactamente el comportamiento de una mquina de molienda.

Ley de RittingerLey de KickLey de Bond

Ley de RittingerSe basa en la teora de que la energa necesaria para el proceso es proporcional a la superficie cortada (trabajo de superficie).

DdxyzSea:

En cada plano (x, y, z) existen 3 fracturas, es decir (n-1) fracturasLey de RittingerDdxyzrea creada = D2rea total creada = 3D2 = (n-1)D2Esto es en 1 ejerea creada = D2rea creada = D2Ley de RittingerDdxyzEn un eje:

rea total creada = 3D2 = (n-1)D2Por lo tanto para los 3 ejes ser:

rea total creada = 3 x 3D2 = 3 (n-1)D2Ley de RittingerSi se necesita un trabajo B para producir 1m2 de nueva superficie:

Ley de RittingerDdxyzEl volumen total original es:

Por lo tanto expresando el trabajo consumido por unidad de volumen procesado:

Ley de RittingerEn la realidad estas nuevas unidades no son partculas perfectas, por lo tanto:

En teora ser la misma para todos los tamao, aunque en realidad esta hiptesis no es vlida puesto que el cociente disminuye cuando disminuye el tamao de las partculas. De lo que:

Ley de Rittinger

Constante

Ley de Rittinger Su validez es dudosa y no se ajusta a datos experimentales !!Comentarios a la Ley de RittingerPor una parte el Bureau of Mines de USA mediante pruebas de laboratorio demostr que la ley de Rittinger es cierta.

En la prctica ordinaria se dan unas desviaciones tan grandes entre los valores tericos de las energas necesarias y los que realmente se consumen, que dicha ley slo tiene un valor comparativo.

Comentarios a la Ley de RittingerEntre las causas de estas discordancias se encuentran:

La ley de Rittinger exige la condicin de isostenia; no es factible que un solo golpe ocasione la ruptura en 8 cubos (tampoco es posible fracturar una esfera en esferas de menor tamao).Supone la isotropa de la materia que se quebranta. La resistencia vara segn la direccin.Es raro que el producto a desintegrar no tenga grietas o huecos en su interior (para separar estas superficies no se requiere energa).

Comentarios a la Ley de RittingerEntre las causas de estas discordancias se encuentran:

No toma en cuenta el trabajo consumido en deformaciones plsticas y elsticas (que pueden o no conducir a la fractura).No toma en cuenta los choques de resultado nulos, ni la necesidad de mover las partculas de un punto a otro dentro de la mquina, ni las prdidas por rozamiento, ruido, calor, etc.

Comentarios a la Ley de RittingerEntre las causas de estas discordancias se encuentran:

La materia molida hace un efecto de muelle sobre la materia no molida, atenuando el golpe que pudiera fracturarla. Es por esto que es importante retirar del molino todas las partculas que ya se han pulverizado segn la especificacin.

Ley de KickEl trabajo absorbido para producir cambios anlogos en la configuracin de dos cuerpos geomtricamente semejantes y del mismo material vara con el volumen (o masa) de esos cuerpos.

Es decir se gastar la misma cantidad de energa:

De 1 a 0.5 cmDe 0.5 a 0.25 cmDe 0.01 a 0.005 cm

Ley de KickLa energa es proporcional al logaritmo del cociente entre los dimetros inicial y final:

Ley de BondSupone que el trabajo para romper un material es el que justamente se necesita para sobrepasar su deformacin crtica y que aparezcan las grietas de fractura.

La fractura en s se produce seguidamente sin aporte apreciable de energa, cuando cesa la accin la mayor parte del trabajo se convierte en calor.

Ley de BondEl trabajo necesario es inversamente proporcional a la raz cuadrada del tamao producido.

Fuentes consultadasBagder, Walter L.; Banchero, Julius T. INTRODUCCIN A LA INGENIERA QUMICA. Editorial McGraw-Hill. Mxico, 1964. Geankoplis, Christie J. PROCESOS DE TRANSPORTE Y OPERACIONES UNITARIAS. Compaa Editorial Continental, S.A. de C.V. Mxico, 1998.Vian ngel; Ocn Joaqun. ELEMENTOS DE INGENIERA QUMICA (OPERACIONES BSICAS). Ediciones Aguilar. Espaa, 1976.