Programa de Maestra enCiencias con mencin en IngenieraAmbientalCURSO :INGENIERIA AMBIENTALDOCENTE: Dr. Guillermo Evangelista Benites Maestra en Ciencias con mencin en Ingeniera Ambiental Pgina 2PRESENTADO POR:Ing. AZULA DAVILA ALFONSOMblgo. ESTRADA HUANCAS ERICKIng. LLUNCOR BARTRA CARLOSIng. LOPEZ SOSA CARLOSMed. Vet. PAZ SEGURA MARCOIng. POZADA LIMO KATTIAINDICEPagI.- INTRODUCCIN 04II.- OBJETIVOS 05III.- DEFINICIN DE CENTRIFUGACION.El Sedimento 05El centrifugado o el Concentrado (lquido flotante) 05IV.- SEDIMENTACION Y CENTRIFUGACION 06V.- PRINCIPIOS FSICO - QUMICO.Principio de Arqumedes07Principio de Stockes 08VI.- FUERZAS QUE INTERVIENEN EN EL PROCESO.A.-Fuerza Centrfuga 12B.- Fuerza Centrpeta 12C.- Fuerza Friccional 13VII.- COMPONENTES DE LA CENTRFUGA 13VIII.- CLASIFICACIN DE ROTORES 14Rotores Flotantes 14Rotores de ngulo Fijo 14Rotores Verticales 17IX.- SELECCIN DE TUBOS DE CENTRFUGAS 18X.- VOCABULARIO Y FRMULAS COMUNES DE CENTRIFUGACIN 19XI.- VARIABLES QUE AFECTAN LA CENTRIFUGACIN 21A.- Masa y densidad de la partculaB.- Densidad del medioC.- Aceleracin de la gravedadD.- Coeficiente de DifusinE.- TiempoE.- TemperaturaF.- Presin y VelocidadXII.- TIPOS DE CENTRIFUGACION.Centrifugacin Analtica 21Centrifugacin Preparativa: Diferencial y en gradiente de densidad 22Centrifugacin diferencial 22Maestra en Ciencias con mencin en Ingeniera Ambiental Pgina 3Centrifugacin en Gradiente de Densidad 25XIII.- CENTRFUGAS.13.1.- Centrifugadores utilizados en el tratamiento del agua 2913.2.- Centrifugadores utilizados en la separacin y anlisis de muestras 3413.3.- Centrifugadores para procesos qumicos de muestras 34XIV.- ECUACIONES DE DISEO PARA CENTRIFUGAS.Centrfugas Tubulares 37Centrfugas de discos 38XV.- TIPOS DE SEPARACIONES CENTRFUGAS UTILIZADAS EN BIOQUMICA, BIOLGIA CELULAR Y MOLECULAR Y EN MEDICINA 39XVI.- EJERCICIOS 42XVII.- IMPORTANCIA DE LA CENTRIFUGACION EN LA SEPARACIN Y ANALISIS DE MUESTRAS 43XVIII.- APLICACIONES EN LA INDUSTRIA.CAA DE AZUCAR 44LACTEA 55MATADEROS, CURTIEMBRES, PESQUERA 57GALVANOPLASTIA 57EXTRACCION DE ACEITES POR CENTRIFUGACION 60XIX.- CONCLUSIONES 65XX.- REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS 66Maestra en Ciencias con mencin en Ingeniera Ambiental Pgina 4I.- INTRODUCCIONEl Proceso de separacin es una operacin que convierte una mezcla de sustancias en dos o ms productos que difieren uno del otro en composicin.Para poder separar la mezcla se debe crear un dispositivo, sistema o proceso que proporcione la energa necesaria para causar la separacin.Laseparacindedoscompuestossehacesiemprebasndoseenunapropiedadfsicao qumica.Para que el proceso sea factible, debe existir una diferencia mnima entre los dos compuestos, en lo que a esa propiedad se refiere, Mientras mayor sea esa diferencia, ms eficaz ser la separacin.Los principales mtodos de separacin que se utilizan son los siguientes:1. Centrifugacin2. Flotacin3. Filtrado4. Destilacin5. Cristalizacin6. Precipitacin7. Separacin magntica8. Sedimentacin9. Tamizado10. Intercambio inico11.Deshidratacin12. smosis inversaLas separaciones que se llevan a cabo lentamente por gravedad pueden acelerarse en gran medida con el empleo de equipo centrfugo.Unacentrfugautilizafuerzacentrfuga(fuerza-g) paraaislar partculassuspendidasdel medio que las rodea ya sea en lotes o como flujo contnuo. (Seoanez 1998)Lascentrifugasobombascentrfugasseusanendiferentestiposdeindustrias: industria qumica, petroqumica, refineras, industriasalimenticias, farmacuticas, textil, azucarera, etc.As tambin la centrifugacin es una de las tcnicas de investigacin ms importantes y de mayor aplicacin en bioqumica, biologa celular y molecular y en medicina. Las Maestra en Ciencias con mencin en Ingeniera Ambiental Pgina 5investigaciones y aplicaciones clnicas de hoy en da dependen del aislamiento de clulas, orgnulos subcelulares y macromolculas, por lo general de alto rendimiento.II.- OBJETIVOSLos objetivos que se plantea este trabajo son los siguientes: Dar a conocer nociones generales del proceso unitario denominado centrifugacin. Detallar las clases de centrifugacin y tipos de centrfugas. Explicar las partes que componen una centrfuga Describir la participacin del proceso unitario de centrifugacin en varios procesos III.- DEFINICIN DE CENTRIFUGACION.Es un mtodo mecnico por el cual se pueden separar lquidos no miscibles o slidos de lquidos de diferente densidad mediante una centrifugadora, la cual imprime a la mezcla un movimientorotatorioconunafuerzademayor intensidadquelagravedaddenominada fuerzacentrfuga, provocandolasedimentacindel slidoodelaspartculasdemayor densidad. Este es uno de los principios en los que se basa la densidad: Todas las partculas, por poseer masa, se ven afectadas por cualquier fuerza (origen de una aceleracin).El objetivo de la centrifugacin es separar partculas de diferentes caractersticas. Para ello, seaplicaunfuertecampocentrfugo, conlocuallaspartculastendernadesplazarsea travs del medio en el que se encuentren con la aceleracin G.G=velocidad angular2 x radio de giro. Lenntech (1998) indica que durante la centrifugacin, en el recipiente se forman dos fases claramente distintas:3.1.- El SedimentoGeneralmente no tiene una estructura uniforme. Debajo encuentra un ejemplo de un depsito de sedimento: 3.2.-El centrifugado o el Concentrado (lquido flotante)Maestra en Ciencias con mencin en Ingeniera Ambiental Pgina 6A menudo claro, algunas veces nublado, debido a la presencia de las partculas coloidales muy finas que no se depositan fcilmente. Sin embargo puede tambin contener varias fases si el lquido intersticial de las mezclas contiene el elemento con diversas densidades, tales como aceites por ejemplo. En algunos documentos se menciona que la centrifugacin impone, gracias a la aceleracin centrfuga, un efecto parecido al gravitacional: Las partculas experimentan una aceleracin que las obliga a sedimentar. La centrifugacin puede dividirse en primera instancia en dos grandes grupos:a. La preparativa:se obtienen grandes cantidades del material que se desea estudiar.b.La analtica: se procede al anlisis de las macromolculas en una ultra centrifugacin. IV.- SEDIMENTACION Y CENTRIFUGACIONEl estudio de las separaciones slido-lquido por centrifugacin est basado en la teora de la sedimentacin. Estapermitedesarrollar algunasprediccionesdel comportamientodelos equipos centrfugos, no sola para poder especificarlos y dimensionarlos, sino que tambin ofreceun apoyo adecuadoparasu correcta operacin. La teora de la sedimentacin est basada en la Ley de Stokes que establece los aspectos bsicos del movimiento de un slido en un lquido cuando existe un gradiente de densidad. Este movimiento puede ser causado por la fuerza gravitacional o por una fuerza centrfuga y de acuerdo a esto se puede expresar la velocidad de sedimentacin de una partcula del siguiente modo:Velocidad de sedimentacin de la partcula para un campo gravitacional: Maestra en Ciencias con mencin en Ingeniera Ambiental Pgina 7gdvs g). (. 182 Vlida para partculas esfricas, Re < 1 y bajas concentraciones1. .Re v dVelocidad de sedimentacin de la partcula si el campoes centrifugo, en centrfugas esfricas:: velocidad angular en radianes por segundo

,_

srad n60. . 2 n : revoluciones por minutor: radio desde el centro de la centrfuga a la posicin donde se encuentra la partculad: dimetro de la partculas: densidad de la partcula: densidad del fluido: viscosidad del fluidoFuerzarelativa de la centrfuga o nmero de g o efecto centrfuga g rvvZgr.2 Z : fuerza relativa de la centrfuga o nmero de g o efecto centrfugaEn esta ltima aproximacin r debe expresarse en metros.Normalmente se utiliza el parmetro Z para caracterizar a la centrfuga pero no puede ser usado para estimar su capacidad. El mximo flujo posible al cual se puede trabajar en el caso de centrfugas que funcionan en forma continua, depende del tipo de centrfuga utilizada. V.- PRINCIPIOS FSICO - QUMICO.Maestra en Ciencias con mencin en Ingeniera Ambiental Pgina 8) ( ) (18222grv rddtdrvg s g r Todaslaspartculassuspendidasenunlquidotiendenasepararseespontneamente, en funcin del tiempo de una manera natural, por accin de un fenmeno llamado sedimentacin, debido a la gravedad terrestre. Un soluto suspendido en un lquido por accin de la gravedad terrestre se separa y pasa a ocupar el fondo del recipiente que la contiene, quedando el lquido en la parte superior.La base fsica de la separacin es la accin de la fuerza centrfuga sobre las partculas en rotacin, que aumenta con el radio del campo rotacional y con la velocidad de rotacin.La velocidad de sedimentacin se determina por la densidad de las partculas.Las partculas densas sedimentan primero, seguida de las partculas ms ligeras. En funcin de las condiciones existentes, las partculas muy ligeras pueden incluso permanecer en suspensin. La fuerza centrfuga relativa guarda relacin con el nmero de revoluciones del rotor por minuto conforme a la frmula:FCR = 1,118 x 10-6 x r x n2En donde FCR = fuerza centrfuga relativa (g)r = radio en milmetros desde el pivote de la centrifugadora hasta lapunta del punto, y n =nmero de revoluciones por minuto4.1.- Principio de ArqumedesEs un principio fsico que afirma que un cuerpo total o parcialmente sumergido en un fluido esttico, ser empujado con una fuerzaigual al peso del volumen de fluido desplazado por dichoobjeto. Deestemodocuandouncuerpoestsumergidoenel fluidosegeneraun empujehidrostticoresultantedelaspresionessobrelasuperficiedel cuerpoqueacta siempre hacia arriba a travs delcentro de gravedaddel cuerpo del fluido desplazado y de valor igual al peso del fluido desplazado. Esta fuerza se mide en Newtons(en el SI) y su ecuacin se describe como:Dondefyssonrespectivamenteladensidaddel fluidoydel slidosumergido;Vel volumen del cuerpo sumergido; y g la aceleracin de la gravedad.Maestra en Ciencias con mencin en Ingeniera Ambiental Pgina 94.2.- Principio de StokesAlgunos de los principios bsicos en la teora de la sedimentacin se derivan de la Ley de Stokes. Parasimplificar el problemasesueleconsiderar quelas partculas aaislar en Biologa son esferas; cuando stas se encuentran en un campo gravitacional y alcanzan una velocidad constante, la fuerza neta sobre cada esfera es igual a la fuerza de resistencia que opone el lquido a su movimiento. En este caso particular de la ley de Stokes se comprueba qu: La velocidad de sedimentacin de cada partcula es proporcional a su tamao, La velocidad de sedimentacin es proporcional a la densidad de la partcula y a la del medio, La velocidad de sedimentacin es nula cuando ambas densidades se igualan, La velocidad de sedimentacin disminuye al aumentar la viscosidad del medio, y La velocidad de sedimentacin aumenta al aumentar el campo de fuerza. Si las partculas estn cayendo verticalmente en un fluido viscoso debido a su propio peso puede calcularse su velocidad de cada o sedimentacin igualando la fuerza de friccin con la fuerza de gravedad.donde:Vs es la velocidad de cada de las partculas (velocidad lmite)g es la aceleracin de la gravedad,p es la densidad de las partculas yf es la densidad del fluido.Maestra en Ciencias con mencin en Ingeniera Ambiental Pgina 10Maestra en Ciencias con mencin en Ingeniera Ambiental Pgina 11COEFICIENTE DE SEDIMENTACIONMaestra en Ciencias con mencin en Ingeniera Ambiental Pgina 12VI.- FUERZAS QUE INTERVIENEN EN EL PROCESO.A.- Fuerza CentrfugaEs la que tiende a alejar los objetos del centro de rotacin mediante la velocidad tangencial, perpendicular al radio, en un movimiento circular.La fuerza centrfuga es una de las fuerzas ficticias que parecen actuar sobre un objeto cuando su movimiento se describe segn un sistema de referencia en rotacin.La fuerza centrfuga surge cuando analizamos el movimiento de un objeto desde un sistema dereferencia noinercial, oacelerado,que describe un movimiento circular uniforme.La fuerza centrfuga ser el producto de la masa por la aceleracin centrfuga, en un sistema de referencia no inercial.El nmero de veces que la fuerza centrfuga supera a la fuerza de gravedad se denomina FACTORCENTRIFUGO, el cual nos permite evaluar la eficienciadeunacentrfuga operada bajoestas condiciones al compararla conel procesoreguladoagravedad. El FACTOR CENTRIFUGO se expresa como:Donde:C = Factor centrfugo.Fc. = Fuerza centrfuga (Kg.).P = Peso del objeto o partcula (Kg.).m = masa del cuerpo (Kg.).g = aceleracin de la gravedad ( = 9.81 m/ seg2).w = velocidad angular (radianes/ seg.).R = Radio de giro (m).Maestra en Ciencias con mencin en Ingeniera Ambiental Pgina 13N = RPM.B.- Fuerza CentrpetaSe llama as a la fuerza que tira de un objeto hacia el centro de un camino circular mientras que el objeto sigue dicha trayectoria a una rapidez constante (siendo la rapidez la magnitud de la velocidad). El trmino centripeta proviene de las palabras latinas centrum (centro) and petere(dirigirse hacia...), y puede ser derivada a partir de las leyes descubiertas porIsaac Newton.La fuerza centrpeta siempre acta en forma perpendicular a la direccin de movimiento del cuerpo sobre el cual se aplica. En el caso de un objeto que se mueve en trayectoria circular conrapidez cambiante, la fuerza netasobre el cuerpopuedeser descompuesta enun componente perpendicular que cambia la direccin del movimiento y unotangencial, paralelo a la velocidad.C.- Fuerza FriccionalLa fuerza de friccin a veces tambin es conocida como resistencia al rozamiento. Esta es la fuerza friccional que se genera en la superficie del tubo de ensayo (con una muestra) causada por el movimiento del aire alrededor de esta. Es por ello que las muestras en una centrfuga deben estar en un tubo de ensaye grueso, y liso (lo ms estable posible), porque si no estos se romperan. Esto ayuda a minimizar la fuerza de friccin.Sobre una macromolcula en solucin, sometida a un campo de fuerza centrfugo o gravitatorio, actan tres fuerzas: la fuerza del campo, el empuje del solvente y la fuerza de friccin (las dos ltimas se oponen a la primera). VII.- COMPONENTES DE LA CENTRFUGAUnacentrifugaesundispositivopara separar partculas en una solucin de acuerdoa su tamao, textura, densidad, viscosidad del medio y velocidad del rotor.Sus componentes son:Maestra en Ciencias con mencin en Ingeniera Ambiental Pgina 14Rotor: Dispositivo que gira y en el que se colocan los tubos. Motor: Es elctrico y capaz de girar a docenas de miles de veces por minuto. Permite que la tcnica sea ejecutada.Cmara de Vaco: Es una pieza cncava que sirve para contener dentro de ella el rotor y su respectivo soporteque lo une o conecta con el motor.Control deVelocidad, TiempoyTemperatura:Regulalavelocidaddel dispositivoal igual que el dispositivo regulador de la temperatura necesaria para la centrifugacin de las muestras. VIII.-CLASIFICACIN DE ROTORESCole-Parmer Technical Library(2003) describe una clasificacin general de rotores consistente en tres categoras comunes, a saber: rotores flotantes, de ngulo fijo y vertical. Obsrvese que cada tipo de rotor tiene ventajas y limitaciones segn el tipo de separacin deseada.8.1.- Rotores FlotantesMaestra en Ciencias con mencin en Ingeniera Ambiental Pgina 15FlotanteDe ngulo fijoVerticalLos tubos se cargan en un cubos individuales que cuelgan en forma vertical mientras el rotor se mantiene quieto. Cuando comienza la rotacin los cubos adoptan una posicin horizontal (Figura 4). Es especialmente til enlos casos en quelas muestras debentratarse en gradientesdedensidad. Amayor longituddetrayectoria, mejor separacindeclasesde partculas individuales de una mezcla. Sin embargo, este rotor no resulta muy eficaz para peletizar. Adems, se deben evitar las cargas concentradas ocasionadas por CsCl giratorio u otros materiales de gradientes densos que puedan precipitarse.

En este tipo de rotor, los tubos que se utilizan para centrifugar estn unidos al brazo del rotor por su parte superior. Durante la centrifugacin, debido a la fuerza centrfuga, los tubos pierden la verticalidad y se sitan perpendiculares al eje de rotacin.Maestra en Ciencias con mencin en Ingeniera Ambiental Pgina 16 8.2.- Rotores de ngulo FijoLostuboscalzanfijosenel ngulodelacavidaddentrodel rotor. Cuandocomienzala rotacin, la solucin se reorienta en los tubos (Figura 4). Este tipo de rotor es comnmente utilizadoparapeletizar. Algunosejemplosincluyenbacteriasdepellets, levadurayotras clulasmamferas. Tambinresultatil paraseparacionesIsopcnicademacromolculas tales como cidos nuclicos.Maestra en Ciencias con mencin en Ingeniera Ambiental Pgina 17 En este tipo de rotores la centrifugacin se lleva a cabo siempre en un ngulo fijo respecto al eje de rotacin.8.3.- Rotores VerticalesSe sostienen los rotores en forma vertical durante la rotacin. Este tipo de rotor no resulta adecuado para peletizar sino que es es ms eficiente para separaciones isopcnicas (en base a la densidad) debido la corta longitud de trayectoria. ADN plsmido, ARN y aislamientos de lipoprotenas son algunas de sus aplicaciones.Maestra en Ciencias con mencin en Ingeniera Ambiental Pgina 18IX.- SELECCIN DE TUBOS DE CENTRFUGASSeleccin de tubos de centrfugas adecuados: Evita prdidas o filtraciones de la muestra Garantiza compatibilidad qumica Permite una fcil recuperacin de muestras Factor de importancia en la seleccin del material de un tubo (plstico): Claridad Resistencia qumica Mecanismo de sellado (de ser necesario) Ver la gua del producto o el envase del tubo para saber el volumen recomendado para cada muestra y la velocidad mxima. Para rotores de ngulo fijo o verticales siempre utilice tubos de paredes delgadas, sellados y llenos.Maestra en Ciencias con mencin en Ingeniera Ambiental Pgina 19 Utilizar tubos de autoclave slo de ser necesario y a no ms de 121C durante 15 minutos. Evite limpiar los tubos de plstico en lavavajillas o lavadoras de cristalera automticos, capaces de alcanzar temperaturas extremadamente altas. Recomendamos limpiar los tubos con detergente suave de laboratorio en agua tibia, enjuagar y dejar secar al aire. El tubo debe coincidir cuidadosamente con el tipo de rotor para evitar prdidas y/o fallas, como se ilustra en la Tabla 5 a continuacin. Para prolongar la vida del tubo y evitar que se rompa o destruya:X.- VOCABULARIO Y FRMULAS COMUNES DE CENTRIFUGACINPellet: concentracin de partculas en un tubo o rotor despus de la centrifugacin. Supernadante: El lquido claro que se encuentra por encima de los pellets. Adaptador:Dispositivopara calzar los tubos odispositivos de centrifugacin en las cavidades de los rotores. RPM: Revoluciones por minuto (Velocidad). Rmax: Radio mximo desde el eje de rotacin en centmetros. Rmin: Radio mnimo desde el eje de rotacin en centmetros. FCR: Fuerza Centrfuga Relativa. FCR = 11,17 x Rmax (RPM/1000)2 Factor-K: Eficacia peletizadora del rotor. A menor factor-K, mayor eficacia para peletizar. Valor-S:el coeficientedesedimentacinconsiste enunnmeroqueinformael peso molecular y la forma de la partcula. El valor-S se expresa en unidadades Svedberg. A mayor valor-S, mayor velocidad de separacin de una partcula. Para mayor informacin sobre coeficientes de sedimentacin, ir a la seccin de referencias y lecturas sugeridas de este artculo.Tiempo de peletizacin: el tiempo que le lleva peletizarse a un partcula. T = K/S donde T= tiempo de peletizacin en horas. K = factor-K del y S = coeficiente de sedimentacin. Frmuladeconversindel rotor:Si seconoceel tiemoquelellevabapeletizar una muestra a su antiguo rotor, se puede determinar el tiempo de peletizacin para la misma Maestra en Ciencias con mencin en Ingeniera Ambiental Pgina 20muestra en el rotor nuevo. La frmula es:Donde: T1 = Tiempo de peletizacin en el rotor nuevo T2 = Tiempo de peletizacin en el rotor antiguo K1 = factor-K del rotor nuevo K2 = factor-K del rotor antiguoEjemplo de conversin de rotores:Rotor antiguo (Beckman JA-10)Rotor nuevo (Sorvall SLC-1500)T2 = 20 min; K2 = 3610T1 = ( ? ) min; K1 = 1676Tiempo de peletizacin antiguo = 20 minTiempo de peletizacin nuevo = 9,2 minXI.- VARIABLES QUE AFECTAN LA CENTRIFUGACIN.De acuerdo al documento Anlisis Instrumental de la escuela de Bioanlisis de la Universidad de Zulia (sf) distinguen las siguientes variables:A.- Masa y densidad de la partculaSon propiedades fsicas caractersticas que pueden afectar directamente la centrifugacin. La masa es conocida como la cantidad de materia contenida en un cuerpo o sustancia; mientras que la densidad es la cantidad de masa contenida en un volumen determinado.B.- Densidad del medioLosmediosmuydensosopocosdensosafectanalacentrifugacin. Lasacarosa, si su concentracin aumenta,esto hace que aumente la densidad del medio y la viscosidad del mismo. Si el medio es mucho ms denso afectara en la determinacin del aumento de la densidad del medio por la sacarosa.C.- Aceleracin de la gravedadSe relaciona con la fuerza de atraccin de la tierra sobre los objetos. Al aumentar la gravedad aumenta la velocidad.D.- Coeficiente de DifusinEs la facilidad con que cada soluto en particular se mueve en un solvente determinado. Esto depender de la consistencia del medio lquido.Maestra en Ciencias con mencin en Ingeniera Ambiental Pgina 21E.- TiempoLa centrifugacin debe hacerse en el tiempo justo, ya que en el proceso se pierden elementos de gran importancia para el estudio.F.- TemperaturaBsicamente lo mismo que en el tiempo. Esto tambin depender del tipo de anlisis que se desea realizar. G.- Presin y VelocidadLapresinvienesiendolarelacinqueexisteentreunafuerzaylasuperficiedondese aplica. La velocidad, en cambio, la magnitud con la que se cambia a posicin de un objeto. Ambas afectan a la centrifugacin ya que el aumento o disminucin de las mismas pueden hacer perder componente importantes de lo que se quiere analizar.XII.- TIPOS DE CENTRIFUGACION.12.1.- Centrifugacin AnalticaEstima propiedades fsicas (coeficiente desedimentacin opesomolecular) de alguna partcula en concreto: sus propiedades hidrodinmicas.Para poder aplicar la tecnologa de la centrifugacin analtica deben cumplirse una serie de requisitos: Que se aplique a sustancias lo ms puras posible, no a grandes mezclas. Que presenten una mayor capacidad de giro, en torno a las 100.000 r.p.m. Encuantoal tipoderotores, senecesitaquelasparedesdel tuboseencuentren alineadas con las lneas de fuerza y estn provistos de sistemas pticos capaces de detectar la sedimentacin de la partcula en cada momento.Las molculas se observan en un sistema ptico durante la centrifugacin, para detectar las macromolculas ensolucinamedidaquesemuevenenel campogravitacional. Las muestrassecentrifuganenceldasconventanasquesedisponenenel planoparaleloal sentido de giro del rotor. A medida que el rotor gira, las imgenes de la celda, se proyectan en un sistema ptico sobre un film o una computadora. La concentracin de la solucin en variospuntosenlaceldasedeterminapor laabsorcindeluzdelalongituddeonda apropiada.Maestra en Ciencias con mencin en Ingeniera Ambiental Pgina 2212.2.-Centrifugacin Preparativa: Diferencial y en gradiente de densidadEl objetivo de la centrifugacin preparativa es aislar partculas especficas.Existen dos mtodos de separacin en centrifugacin preparativa: Diferencial y En gradiente de densidad.A.- Centrifugacin diferencialEs el mtodo ms comn de separacin, y es rara la purificacin enzimtica que no lo utiliza. En este mtodo, el tubo de centrfuga se llena con una mezcla uniforme problema. Tras la centrifugacin se obtienen dos fracciones: un pellet que contiene el material sedimentado y unsobrenadanteconelmaterialno sedimentado. El mtodo es bastante inespecfico,y a priori no se puede saber si la partcula buscada quedar en el sobrenadante, en el pellet o repartido entre ambos; sin embargo es una tcnica muy til, sobre todo para aislamiento de clulas y orgnulos subcelulares. Maestra en Ciencias con mencin en Ingeniera Ambiental Pgina 23Maestra en Ciencias con mencin en Ingeniera Ambiental Pgina 24Maestra en Ciencias con mencin en Ingeniera Ambiental Pgina 25B.- Centrifugacin en Gradiente de DensidadMaestra en Ciencias con mencin en Ingeniera Ambiental Pgina 26Este mtodo es algo ms complicado que la centrifugacin diferencial, sin embargo presenta ventajasquecompensanel trabajoaadido. Latcnicanosolopermitelaseparacinde varios, si notodos, los componentes delamuestra, sinoquetambinpermiterealizar medidas analticas. B.1.- Centrifugacin ZonalLa muestra a analizar se deposita en la parte superior de un gradiente de densidad preformado. Bajofuerzacentrfugalaspartculascomenzarnasedimentar atravs del gradiente, movindose cada partcula a diferentes velocidades dependiendo de su masa. Maestra en Ciencias con mencin en Ingeniera Ambiental Pgina 27B.2.- Centrifugacin de Equilibrio en Gradiente Isopcnica.Separa las partculas con base en sus densidades diferentes, la muestra puede ser cargada directamente sobre un gradiente de densidad preformado y la centrifugacin llevada a cabo. Mientras en la centrifugacin zonal la densidad del gradiente no debe exceder a la de las partculas a separar, en la centrifugacin de equilibrio en gradiente la condicin fundamental es que la densidad mxima del gradiente final debe siempre exceder a la densidad de las partculas.Maestra en Ciencias con mencin en Ingeniera Ambiental Pgina 28Maestra en Ciencias con mencin en Ingeniera Ambiental Pgina 29Lacentrifugacindeequilibrioengradientepermitequelas especies sedimentantes se muevan por el gradiente hasta que alcanzan un punto donde su densidad y la del gradiente son idnticas, por lo cual tambin se le llama centrifugacin isopcnica. En este punto no se producir una sedimentacin posterior debido a que flotan sobre un "colchn" de material que posee una densidad superior que la suya propia. Centrifugacin zonal Centrifugacin isopcnicaMaestra en Ciencias con mencin en Ingeniera Ambiental Pgina 30Colocacin de la muestraParte superior de un gradiente de densidad preformado.La muestra se disuelve en una solucin isocrtica. Separacin en funcin deMasa de la partcula. Densidad de la partcula.XIII.- CENTRFUGAS.13.1 Centrifugadores utilizados en el tratamiento del agua En las aplicaciones del tratamiento del agua Lenntech (1998) Manifiesta que los centrifugadores se encargan de la separacin de las partculas mediante fuerza de aceleracin gravitacionalqueselogragraciasa unarotacinrpida. Esteprocesopuedeprovocarla sedimentacin o suspensin de las partculas o puede conseguir la fuerza necesaria para la filtracin a travs de algn tipo de filtro. TiposLa mayora de los centrifugadores rotan gracias a algn tipo de fuerza motriz. El tipo de centrifugadores para la sedimentacin incluyen:A. HidrociclonesB. Campana tubular centrifuga (bowl)C. Cmaras-campana de centrifugacin (chamber bowl)D. Centrifugador de cesta imperforada (imperforate basket)E. Separador de discos (disk stack separator)F. decantador (decanter)Loscentrifugadoresdesedimentosfueroninventadosparalaseparacinentrelquidosy slidas y para los solidos no manejables. Pronto se llego a la conclusin de que este tipo de sistemas tiene una gran cantidad de aplicaciones adicionales desde la separacin de slidos e impurezas, hasta la separacin de slidos en lquidos. A. HidrociclonesLa manera mas simple de utilizar la fuerza centrifuga para la separacin son los hidrociclones. En realidad no es un Maestra en Ciencias con mencin en Ingeniera Ambiental Pgina 31centrifugador: yaquelaseparacincentrifugaseproducidaporel movimientodel lodo, inducido por la inyeccin del material de alimentacin de manera tangencial. El principio de operacin se basa en el concepto de velocidad terminal de sedimentacin de una partcula slida en un campo centrifugo. El siguiente esquema describe las condiciones de operacin de los hidrociclones. El flujo de entrada entra tangencialmente (inlet) en la seccin cilndrica del hidrociclon que seguir un camino circular con un flujo revertido de fluido desde afuera al eje del vortice (vortex finder).Elcampocentrifugogenerado por lasvelocidadestan altasdecirculacin creara un cono de aire en el eje que normalmente se extiende hasta la apertura gua (spigot or apex) en la base de la seccin cnica (air core) a travs del vortice (vortex finder) y hasta la seccin de reborde o rebosamiento en la parte superior (overflow).Para que esto ocurra la fuerza centrifuga debe ser mucho mayor que la gravitacional. Las partculas que caen dentro del campo centrifugo tendern a moverse hacia afuera en funcin de la mayor densidad. Las mayores, y mas pesadas migran rpidamente a las paredes de fuera de la seccin cilndrica y posteriormente forzadas a caer al interior de la pared cnica. Las partculas pequeas, sern sin embargo atradas haciadentro por el fluido a medida que se mueven hacia el vortice (vortex finder). La separacin slida ocurrir durante la suspensin a lo largo del recipiente del hidrociclon, de manera que genera lodo denso en la pared mas externa, que permite el flujo continuo del hidrociclon en la boquilla de retraso.B. Campana tubular centrifugaLa campana tubular centrifuga ha sido usado durante mucho tiempo antes que otros sistemas de centrifugacin. Se basa en simple geometra: su diseoconsisteenuntubo, cuyolargoesdevarias veces su dimetro que rotan entre apoyos a cada lado. El flujo del proceso entra en el fondo del centrifugador (feed suspension) y altas fuerzas Maestra en Ciencias con mencin en Ingeniera Ambiental Pgina 32centrifugas separan los slidos que se adhieren a las pareces de la campana, mientras la fase liquida sale en la parte superior del centrifugador. Debido a que este sistema carece de rechazo de slidos, los slidos solo se pueden eliminar parando el funcionamiento del aparato, desmontndolo y arrastrando o lavando los slidos manualmente. Estos centrifugadores campana tubular tienen capacidad de deshidratacin, pero capacidad limitada de separacin de slidos. La espuma generada puede suponer un problema a no ser que se utilicen skimmer especiales o bomba centrpeta. C. Cmaras-campana de centrifugacinLascmaras- campanadecentrifugacinconsisteen un numero de campanas tubulares organizadas de maneraco-axial. Consisteenunacampanaprincipal que tienen divisiones cilndricas insertadas que separan el volumendelacampanaenunaseriedecmaras anulares que operan en serie. El flujo de alimentacin entra en el centro de la campanaylasuspensinpasaatravs delasdistintascmaras, quevanaumentadola distancia del eje. Los slidos sedimentan en las partes externas en las paredes de las cmaras y el liquido limpio se extrae mediante rebosamiento en la cmara de mayor dimetro. El sistema tambin supone una clasificacin de slidos en suspensin: las partculas principales se depositenenlacmarainterior y laspartculas finas en lascmaras subsecuentes. La eliminacin de los slidos sedimentadles necesita la parada de la rotacin para su limpieza manual.D. Centrifugador de cesta imperforadaSe usa cuando el contenido de slidos en suspensinesmuyalto. Consistesimplemente en una cesta o campana tambor, que normalmente rota en torno a un eje vertical. Los slidosseacumulanycomprimendebidoala fuerza centrifuga pero no son deshidratados. El Maestra en Ciencias con mencin en Ingeniera Ambiental Pgina 33liquidoresidual drenaal parar larotacin. lacapadeslidosseremuevemanualmente mediante cepillado o retirada con pala. La descarga se puede conseguir mediante un skimmer ytuberapararemoverelliquido residual y despus mediante la aplicacin de una pala-cuchillo para cortar el slido formado. Esto evita la parada del sistema para su limpieza.E.Separador de discos El diseo mas limpio se basa en una cmaracerradaquecontieneunapila de discos, donde cualquier slido recogido en la parte externa de la cmara, desde donde se retiraran manualmente al parar la rotacin. Los slidos sonextrados delacmara medianteunaseriedemtodosincluidos las boquillas, que se abren continuamente, y que permiten la retirada de lodo denso. En otros diseos mas complicados boquillasconvlvulasseabrenautomticamentecuandolaprofundidaddel slidoenla amara alcanza cierto valor, y luego se cierra cuando los solidos han sido extrados. El diseo mas complicado, consiste en una cmara abierta: donde las carcasas de la cmara se separan demaneracircunferencial duranteuncortoperiododetiempo, endondeestaapertura tambin viene condicionada por la profundidad de los slidos en la cmara. F.Decantador 6. El decantador centrfugo es el nico decantador que ha sido preparado para el manejo de concentracin de slidos significativa en la suspensin de alimentacin. Al mismo tiempo alcanza altos niveles de clarificacin del concentrado lquido. Aunque es una maquina de diseo complicadoestabasadoen un principio bsico. Consiste en una cmara cilndrica horizontal (1) que rota a alta velocidad, con un tornillo helicoidal de extraccin (2) situado co-axialmente. El tornillo se ajusta perfectamente al contorno de la cmara, de manera que solo permite agua clara entre la cmara y el rotador. La velocidad diferencial entre el tornillo y el rotador es lo que provoca un movimiento de arrastre para la recogida de los slidos, que se acumulan en las paredes de la cmara. Maestra en Ciencias con mencin en Ingeniera Ambiental Pgina 34Figura 071. Cono cilindro cnico2. Tornillo Extraccin helicoidal (rotador)3. Alimentacin4. Distribuidor5. Espacio entre anillos6. Producto de sedimentacin7. Nivel liquido8. Zona de secado9. Liquido clarificado10. Limite ajustamientoEl producto a ser tratado (3) se introduce axialmente en la unidad mediante un distribuidor apropiado (4). Es propulsado en el espacio anillo (5) que se forma en la superficie interna de la cmara y el cuerpo del rotador. El proceso de rotacin tiene lugar dentro de la seccin cilndrica de la cmara. La velocidad relativa del rotador empuja los productos sedimentados (6) a lo largo de la cmara. El arrastre de los slidos en la longitud del cono permite los sedimentos pasar fueradelafaseliquidaclarificada. Mientras laentradadeaguasea continua se establece un nivel liquido (7) en la unidad siguiendo la superficie cilndrica que constituye la superficie externa del anillo liquido. Una vez han pasado los slidos fuera del anilloliquidolaseccinrestantedel conoproduceel drenajefinal hastael eyector o expulsor: estaseccinseconocecomozonadesecado(8). Elliquidoclarificado(9)se colecta al otro extremo de la cmara mediante un flujo dentro de un limite ajustable (10), que limite el anillo de liquido de la unidad. Una tapa permite la coleccin del lquido clarificado y los sedimentos y protege el rotor. Maestra en Ciencias con mencin en Ingeniera Ambiental Pgina 35El decantador opera principalmente mediante la sedimentacin causada por la separacin de slidos en suspensin en funcin de la densidad del lquido donde se encuentran suspendidos. Si la diferencia de densidad es mayor que la gravedad esto provoca una fuerza motriz suficiente para la separacin en un tiempo razonable. Si la densidad es pequea, o el tamao de las partculas es pequeo, entonces la separacin por gravedad se produce durante muchotiempoylafuerzadeseparacindebeaumentarsemediantefuerzas centrifugas mayores que la gravedad. 13.2Centrifugadores utilizados en la separacin y anlisis de muestras El documento Anlisis Instrumental de la Escuela de bioanlisis de la Universidad de Zulia (sf), menciona los siguientes tipos de centrfugas usadas en el bioanlisis:a.- Centrfugas de baja velocidad, de sobremesa o clnicas (simples) Pequeo tamao. Sin refrigeracin. Mxima velocidad: 5000 rpm. til para partculas grandes (clulas, precipitados de sales insolublesetc.)b.- Centrfugas de alta velocidad. Velocidad entre 18000 y 25000 rpm.Maestra en Ciencias con mencin en Ingeniera Ambiental Pgina 36 Refrigeradas, algunas con sistema de vaco. tiles en la separacin de fracciones celulares. Insuficientes para la separacin de ribosomas, virus o macromolculas.c.-Ultracentrfugas. Velocidad: a partir de 50000 rpm. Presentan sistemas auxiliares: de refrigeracin, sistemas de alto vaco. 2 tipos:-Analticas: obtencin de datos precisos de propiedades de sedimenta (s, PM).-Preparativas: aislamientodepartculas debajoS(microsomas, virus, macromolculas).Maestra en Ciencias con mencin en Ingeniera Ambiental Pgina 37d.- Micrfugas: variante de las anteriores. Velocidades altas: ms de 10000 rpm y tubos cortos. Volmenes muy pequeos. tiles en Biologa Molecular13.3.- Centrfugas Para Procesos QumicosDimetroCanasta(cm)ProfundidadCanasta(cm)VelocidadMxima(R.P.M.)CargaMxima(kg)Capacidaddel Motor(C.P.)TipodeMontajeMaestra en Ciencias con mencin en Ingeniera Ambiental Pgina 38506070253035120010009002540603/412Elstica deUn Puntode Apoyo701001203545559008007006012018037.510Elstica deTres Puntosde Apoyo100 45 800 350 10 ColganteXIV.- ECUACIONES DE DISEO PARA CENTRIFUGAS14.1.- CENTRIFUGAS TUBULARESPara centrfugas tubulares la expresin del caudal viene dada por:

,_

.ln) (102 2123ggVRRgR R L VQQ o F : velocidad volumtrica de flujo (volumen/tiempo)L: Longitud de la centrfuga: Area equivalente de la centrfuga ( longitud2), til para comparar distintas centrfugasRo: Distancia radial del eje de giro a la superficie del lquidoR1: Distancia del eje de giro a la pared del taznEn la mayora de las centrfugas tubulares Ro R1=R por lo que la expresin anterior se reduce a:Maestra en Ciencias con mencin en Ingeniera Ambiental Pgina 39 .. . . . 2 .2 2ggVg R L VQDebidoaqueaumentaconlalongitudaxial del rotor (L) yconsudimetro(2R) y velocidad(), el comportamientomejorautilizandorotoresmslargosomsrpidosy anchos. Losvaloresquesepuedenconseguir deZvienenlimitadosporel material de construccin.14.2.- CENTRIFUGAS DE DISCOSEnel casodecentrfugasdediscos, lageometradel sistemaesdistintaalatubular y matemticamentems compleja. LaexpresindeQparaestetipodecentrfugaes la siguiente:cos31332.. 3cot ). ( . . . 2Dis gDgVgR R NV Q ;' Maestra en Ciencias con mencin en Ingeniera Ambiental Pgina 40N: nmero de discos: ngulo que forman los discos con el eje vertical de la centrfugaEl flujo es funcin de las propiedades del caldo contenidas en Vg, y de las caractersticasde la centrfuga contenidas en . El Area equivalente de la centrfuga, , es una constante que contiene slo parmetros relacionados a la geometra de la centrifuga y a su velocidad angular (es independiente de las propiedades del caldo). Se utiliza para efectuar comparaciones entre distintas centrfugas y para escalamiento de equipos.XV.-TIPOS DE SEPARACIONES CENTRFUGAS UTILIZADAS EN BIOQUMICA, BIOLGIA CELULAR Y MOLECULAR Y EN MEDICINA.Cole-Parmer Technical Library (2003) menciona los siguientes tipos: 15.1.- Centrfuga DiferencialSelograproducirlaseparacinenbaseal tamaodelaspartculasenlacentrifugacin diferencial. Estetipodeseparacinsueleutilizarseenpeletizaciones sencillas yenla preparacin parcialmente purade orgnulos subcelulares y macromolculas.Para estudiar orgnulos subcelulares, se rompen los tejidos o las clulas para que liberen su contenido. La mezclacrudadeclulasdestruidasse conoceconel nombredehomogenato. Durantela centrifugacin de un homogenato de clulas, las partculas ms grandes se sedimentan ms rpido que las pequeas, lo que permite obtener fracciones de orgnulos crudos por medio de la centrifugacin diferencial. Un homogenato de clulas puede ser sometido a centrifugacin enseries defuerzas-gprogresivamentemsintensasyas generar pellets deorgnulos parcialmente puros.Maestra en Ciencias con mencin en Ingeniera Ambiental Pgina 41Cuando un homogenato de clulas recibe una centrifugacin de 1000 x g durante 10 minutos, las clulas sin romper y los ncleos pesados se peletizan en el fondo del tubo. El supernadantepuedecentrifugarsenuevamentea10.000xgdurante20minutosafinde peletizar orgnulos subcelulares de velocidades intermedias tales como la mitocondria, los lisosomas ylos microorganismos. Algunos deestos orgnulos sedimentados sepueden obtener parcialmentepurosysuelenestar contaminadosconotras partculas. El lavado repetitivo de los pellets por medio de la resuspensin en solventes isotnicos y la repeletizacin puede lograr el desprendimiento de contaminantes pequeos. La obtencin de orgnulosparcialmentepurificadospormediodecentrifugacindiferencial representael primerpasoparaunamayorpurificacinenlaqueseutilizanotrostiposdeseparacin centrfuga (separacin en gradiente de densidad).15.2.- Centrifugacin en Gradiente de DensidadLa centrifugacin en gradiente de densidad es el mtodo preferido para la purificacin de orgnulos subcelulares y macromolculas. Se generan gradientes de densidad creando capas de medios de gradientes como la sacarosa en un tubo, la capa ms pesada en la base y la ms liviana en la parte superior en modo discontinuo o continuo. La fraccin de clulas a separar se coloca encima de la capa y se la centrifuga. La separacin en gradiente de densidad se clasifica en dos categoras: Separacin zonal (en base al tamao). Separacin isopcnica (en base a la densidad)Maestra en Ciencias con mencin en Ingeniera Ambiental Pgina 42A.- Separacin zonal (en base al tamao)La separacin zonal aprovecha el tamao y la masa delas partculas enlugar desudensidadparala sedimentacin. La figura ilustra el proceso de separacin zonal y el criterio utilizado para que tenga xito. Lasaplicacionesmscomunesincluyen, por ejemplo, laseparacindeorgnuloscelularestales como los endosomas o de protenas, tales como los anticuerpos. Por ejemplo, las densidades de los anticuerpossonmuysimilares, perolasmasasson distintas. As es que la separacin en base a la masa separalas distintasclases, mientrasquelaquese hace en base a la densidad no identifica estas clases de anticuerpos.Criterios para el xito de la centrifugacin zonal: Ladensidad de la solucin utilizada no debe ser mayor a la menor densidad del gradiente. La densidad de las partculas utilizadas no debe ser menor a la de los gradientes. El gradiente debe tener una longitud de trayectoria suficiente para la separacin. El tiempo es esencial. Si las ejecuciones son muy largas, las partculas se peletizan en el fondo del tubo. B.- Separacin Isopcnica.En este tipo de separaciones, partculas de una densidad en particular se hunden durante la centrifugacin hasta que se alcanza una posicin donde la densidad de la solucin que las rodeaes exactamente igual aladelas partculas. Unavezquesealcanzaeste cuasi equilibrio, la longitud de la centrifugacin ya no influye en la migracin de partculas. Un ejemplo comn para este mtodo es la separacin de cidos nucleicos en un gradiente CsCl. Maestra en Ciencias con mencin en Ingeniera Ambiental Pgina 43XVI.- EJERCICIOSEjemplo 1. Estimar la velocidad de sedimentacin de una partcula de 5 m de dimetro y 1100 Kg. m-3de densidad, en agua a 20 C con una viscosidad de 1.01 10-3 N.s.m-2y una densidad de 1000 Kg.m-3 cuando: a- Sedimenta libremente b- Se localiza en un punto R: 0.15 m y gira a 3000 rpm.d : diametro : 5 m = 5x10-6 m S : densidad de la particular = 1100 kg/m3 : densidad del lquido = 1000 kg/m3 : viscosidad = 1.01 x 10-3 N.s.m-2R : radio = 0.15 mn : 300 rpm = 100 rad/sa) Sedimente libremente.gdvs g). (. 182 = ( )2 32 32 6. 8 , 9 . . 1000 1100. . 10 01 1 , 18) 10 5 ( s m m kgm s N x xm xvg = 1,34 x 10 -6 m/s= 1,34 x 10 -4 cm/s b) Campo centrifugo.2 32 1 3 2 622. . . 10 01 . 1 18) . . . 100 ( 15 . 0 . ) 1000 1100 .( ) 10 5 () (18 m s N xs rad m m Kg m xrdvs r Vr = 2.04 x 10-3 m/s= 0,204x10-1 cm/sEjemplo 2. Centrifuga continua de Disco para ChlorellaMaestra en Ciencias con mencin en Ingeniera Ambiental Pgina 44Clulas de Chlorella han sido cultivadas en un estanque abierto, las clulas sern cosechadas hacindolas pasar a travs de una centrfuga de discos.La velocidaddesedimentacin de estas clulasha sido medida y es de1.07 x 10-4 cm/s. La centrfuga tiene 80 discos con un ngulo de 40, el radio externo es 15,7 cm y el dimetro interno de 6 cm.Se planea operar la centrfuga a 6000 r/min.Estime la cantidad de flujo que puede ser procesado en esta centrfuga.;' gR R NV QDg. 3cot ). ( . . . 231332

,_

srad n60. . 2 s radsrad/ 2060600 . . 2

,_

Q : Flujo de alimentacin = ? L/sVg : velocidad de sedimentacin =1.07 x 10-4 cm/sND : numero de discos = 80 : velocidad angular = 6000 r/min = 20 rad/sR3 : Radio externo = 15,7 cm.R1 : Radio interno = dimetros interno/2 = 6 cm/2 = 3 cmReemplazando en la ecuacin de flujo.[ ];' 23 3 24980 3) 40 cot( ) 3 ( ) 7 . 15 ( ) 20 ( 80 2) 10 07 . 1 (scmcm cmsradscmx Q Q = 330.08 cm3/s = 0,33 L/s.

XVII.- IMPORTANCIADELACENTRIFUGACIONENLASEPARACINY ANALISIS DE MUESTRASMaestra en Ciencias con mencin en Ingeniera Ambiental Pgina 45Discos31332* 3cot ) ( 2 ;' gDgvgR R Nv Q En la separacin y anlisis de muestras: La centrifugacin es muy importante en el rea de la salud, especficamente es utilizada para obtener suero de sangre completa y as obtener del mismo resultados veraces. Muchos de los anlisis no necesitan de suero y pueden realizarse sinnecesidaddela centrifugacin,peroen el caso de los anlisis de hormonas,qumica sangunea, electrolitos, inmunologa, serologa, entre otros, se utiliza sta tcnica. Tambin pueden incluir la sedimentacin de clulas y virus, la separacin de orgnulos subcelulares y el aislamiento de macromolculas, tales como ADN, ARN, protenas o lpidos.Enel tratamientodeaguasresiduales:Laaplicacinmscomneslaseparacinde sustancias slidas a partir de suspensiones altamente concentrados. Si se usa de esta manera parael tratamientodelasaguasresiduales seconsigueladeshidratacinycreacinde sedimentomsomenosconsistentedependiendodelanaturalezadel lodotratado, yla aceleracin en concentrar o aumentar el grosor de lodo poco concentrado.XVIII. - APLICACIONES EN LA INDUSTRIA.17.1.- INDUSTRIA DE LA CAA DE AZUCARLas centrfugas participan en la parte final de la elaboracin del azcar, pero de ella depende de que tan buena calidad resulte el producto. En el lavado se puede disolver mucha azcar, por lo que este proceso requiere de mucha atencin. Adems, dequesi alretirar el azcardelascentrfugasconunalto%dehumedad, el producto podra echarse a perder durante el tiempo de almacenamiento.En dado caso que el azcar no resulte de la calidad esperada, se procede a una segunda purga enlas centrfugas deterceras, ilustradas anteriormente. Unavezel azcar saledela centrfuga est prcticamente lista para el consumo.A.- La Centrfuga en la Industria Azucarera Consiste en una canasta cilndrica y de las mallas. El canasto cilndrico de la centrfuga, que estsuspendidodeuna flecha o huso tiene sus costados perforados y forrados de tela metlica; entreel forroyel costadohaylminasdemetal quecontienende400a600 perforaciones por pulgada cuadrada (62 a 93 perforaciones por cm2)La canasta: est diseada para recibir la masa cocida por tratar y colocada en un eje vertical en cuyo extremo superior se encuentra el motor o la toma de fuerza que mueve a la mquina. La canasta est perforada con numerosos orificios que permiten el paso de las mieles, loscualessonde7mmdedimetroyestnseparadosaproximadamente22mmentre centros; adems estprovistadeanillos circulares queresistenlafuerzacentrfuga; la canasta esta guarnecida con una malla de metal que retiene el azcar y deja pasar las mieles. Maestra en Ciencias con mencin en Ingeniera Ambiental Pgina 46Las canastas se construyen de mayor o menor grueso, de acuerdo con la fuerza centrfuga a laqueestarnsujetas. Lasquerecibirn lastensionesmayoressefabricandeaceroal cromo-cobre y los aros algunas veces de acero niquelado.La canasta est abierta en su parte superior para permitir la alimentacin de la masa cocida y en el fondo para descargar el azcar cuando la mquina se detiene. Cuando la mquina esta trabajando, es decir, durante la carga y secado, esta ultima salida permanece cerrada por un cono de lmina delgado. La canasta est fija al eje por un cubo que ocupa la abertura del fondo, pero que deja espacio suficiente para la descarga del azcar. La canasta est rodeada por una envoltura para recibir las mieles y para proteger al operador de las partes mviles. Esta envoltura tiene una abertura en la parte superior que corresponde con la de la canasta y que puede cerrarse por medio de dos medias tapas de charnelaprovistasconunaperforacinatravsdelacual pasael eje. Engeneral, se emplean varias centrfugas formando una batera y distribuidas en una lnea. Las mallas: la amplitud del esparcimiento no permite que la canasta est guarnecida por una simple lmina perforada o una simple malla perforada o una simple malla:la mayor parte de las perforaciones caeran sobre la pared lisa de la canasta y no dejaran escapar las mieles. Por esta razn la canasta generalmente se provee de dos guarniciones diferentes:a) Una malla de sostn que es una tela metlica ordinaria de alambre de bronce o de cobre de1a 1.5 mm de dimetro, con aberturas de5 a 10 mm que sirve para separar la malla propiamente dicha de la pared de la canasta.b) La malla propiamente dicha, diseada para retener los cristales y que puede ser:B.- Tipos De Centrifugas de la Industria AzucareraExisten 2 grandes tipos de centrfugas:1)Centrfuga De Sedimentacin:Esta contiene un cilindro o un cono de pared slida que gira alrededor de un eje horizontal o vertical. Por fuerza centrfuga, una capa anular de lquido de espesor fijo se sostiene contra la pared. A causa de que esta fuerza es bastante grande comparada con la de la gravedad, la superficie del lquido se encuentra esencialmente paralela al eje de rotacin, independientementede la orientacin de la unidad. Las fases densas se hunden hacia fuera y las fases menos densas se levantan hacia dentro. Las partculas pesadas se acumulan sobre la pared y deben retirarse continua y peridicamente.Maestra en Ciencias con mencin en Ingeniera Ambiental Pgina 472) Centrfugas De Filtro:Estas operan como el tambor de rotacin de una lavadoradomstica.La pared de la canasta est perforada y cubierta con un medio filtrante, como una tela o una rejilla fina, el lquido pasa a travs de la pared impelido por la fuerza centrfuga dejando una torta de slidos sobre el medio filtrante. La rapidez de filtracin se incrementa con esta fuerza yconla permeabilidad de la torta slida. Algunos slidos compresibles no se filtran bien en una centrfugaacausadeladeformacin que sufren las partculas por la accin de la fuerza centrfuga, por lo que la permeabilidad de la torta se ve reducida considerablemente. La cantidaddelquidoqueseadhierealosslidosdespusquestossehancentrifugado depende tambin de la fuerza centrfuga aplicada; en general, el lquido retenido es considerablemente menor que el que queda en la torta que producen otros tipos de filtros.C.- Clasificacin de Centrifugas de la Industria AzucareraDependiendo del mecanismo utilizado para realizar su trabajo, las centrfugas se clasifican en :1)Centrfugas HidraulicasPara este tipo de centrfuga es necesario un litro de agua por segundo para un H.P. Cuando lapresinseaplicaconunabombacentrfuga, statienegeneralmente, unrendimiento propio de 0.65 a 0.80. Las bombas bien construidas, llegan fcilmente a 0.75.Ventajas: Suconservacines simple; las piezas quems se desgastansonlas boquillas, que se reemplazan fcilmente. En algunos pases se ha llegado a hacerlas girar muy rpidamente, aumentando la presin del agua y la potencia de las bombas.Desventajas: Tienen un alto consumo de potencia por el bajo rendimiento de la rueda Pelton. El problema anterior se acenta ms si se les hace trabajar con compresores de accin directa, que consumen de 35 a 40-Kg. por H.P. Su arranque es relativamente lento. Estetipodecentrfugatiendeadesaparecer, pornocorresponderalas exigencias de la industria azucarera moderna. Maestra en Ciencias con mencin en Ingeniera Ambiental Pgina 482)Centrfugas DeBandaEste tipo de centrfugas se rene en bateras movidas por un eje longitudinal comn que, a su vez, es mandado por un motor. Los ejes de las centrfugas son verticales y por lo tanto, la transmisinnecesitapoleas locas paraelregresode la banda. El eje longitudinal gira comnmenteaunavelocidaddeaproximadamenteuntercio de lade las mquinas.El clculode lascentrfugasdebanda,sehace a partirdel par y delaaceleracinangular, pudiendo considerarse sta como constante durante el perodo de arranque.Ventajas: Son las baratas de instalar. Son simples y su conservacin es fcil. Causanalmotor pocascargasintempestivasydarunamarchasuavey regular.Desventajas: El desgaste de las bandas es considerable Las necesidades de potencia sin ser tan altas como las de las centrfugas hidrulicas,son mayores que las de las centrfugas con mando elctrico directo. Han perdido terreno en favor de las centrfugas con mando elctrico. 3) Centrfugas De Mando ElctricoEstas mquinas se manejan con un motor elctrico vertical, cuyo eje es continuacin del eje de la centrfuga. El mando de la mquina se efecta por medio de un embrague de friccin consistenteendos zapatas dematerial flexible provistas dedos balatas defricciny convenientemente cargado.Las zapatas estn fijas al eje del motor y giran dentro de un tamborque a su vez estfijo aleje de la centrfuga, resbalan al principio, arrastrando la centrfuga que gira ms y ms rpidamente y al fin de determinado tiempo las zapatas se adhieren completamente. La rapidez de aceleracin puede modificarse considerablemente, modificando el peso de carga de las zapatas o cambiando el grueso de la banda flexible de que estn hechas.Ventajas: Cadamquinacentrfugaesindependiente, esdecir, formaunaunidad separada. Por esta ventaja se economizan correas y tuberas.Maestra en Ciencias con mencin en Ingeniera Ambiental Pgina 49 Si algn motor se descompone, slo se para una mquina y sta es una ventaja contra la prdida de tiempo. El motor individual es el arreglo que permite las ms altas capacidades, la mejor calidad del azcar y el uso ms completo del equipo. Necesidades de mano de obra son mnimas. La conservacin es simple; las descomposturas, las paradas y las reparaciones de los motores, son raras.Desventajas: Este tipo de centrfugas son bastante caras. Su motor disminuye el factor potencia.4) Centrfugas BachesLas partes ms importantes de este tipo de centrfugas son:1- Canasto: tambin llamado drum. La porcin cilndrica esta perforada con hoyos de 1/8.Lapartesuperior tieneunlabioslidoel cual fijael espesor delamasa, normalmenteoscilaentre7y10pulgadas. Laparteinferior es slidaconhoyos para descargar el azcar, este hoyo puede tener una vlvula para cierre durante el ciclo.2-Tumbador: esunmecanismodedescargaqueactaneumticamentequeposeeuna cuchilla que raspa el azcar en el canasto.3- Eje: el canasto se une al eje central en el fondo.El eje conecta el canasto con el motor.4- Bearing: Toda la parte rotativa esta soportada sobre los bearings.5- Switch6- Envolvente7- CedazosVentajas: Ofrece un buen lavado de la masa cocida. No ofrece rotura de cristales. Produce azcar de baja humedad. Bajo consumo de energa.Desventajas: Requerimientos de mantenimiento considerables. Costo de operacin y capital altos.Maestra en Ciencias con mencin en Ingeniera Ambiental Pgina 505) Centrfugas Continuas:Este tipo de centrfuga gira a velocidad constante, por tal razn usa menos controles. Esto hace que el costo de mantenimiento sea menor.El canasto es cnico con ngulos entre 30 y 34grados. Estengulopermiteal cristal deazcarsubiryserdescargadoenlaparte superior del canasto debido a la fuerza centrfuga. La alimentacin debe colocar el flujo de masa en el centro del canasto y producir una capa uniforme en la parte inferior del canasto.Los cedazos son similares a los de las centrfugas bache pero tienen las siguientes diferencias: El cedazo debe estar fijo al canasto. El tamao de los hoyos es diferente. El cedazocontinuosufredesgasteproducidoporel azcar ydebeser cambiado peridicamente.Debido a que el azcar sube a travs del screen, los cristales se rompen produciendo cristales de diferentes tamaos. Ventajas: Bajo requerimiento de personal para su manejo. Poca necesidad de mantenimiento. Bajo costo de capital y operacional.Desventajas: Alto consumo de energa elctrica. Pobre lavado de masa cocida. Alta rotura de cristales.Dependiendodes lacentrfugaosupartegiratoriatengaunaparedslida, unapared perforada o una combinacin de ambas, estas se clasifican en: Tipo botella Tubulares Tipo disco Tipo vacuuma) Centrfuga Tipo Botella:Maestra en Ciencias con mencin en Ingeniera Ambiental Pgina 51Es un separador tipo lote, el cual es usado primordialmente para investigaciones, pruebas o controles.La separacin toma lugar en un tubo de ensayo o en un envase tipo botella, el cual es simtricamente montado en una vara vertical.La vara de una centrfuga de este tipo estausualmentedirigidaporunmotorelctrico, turbo-gas, oporunmecanismodetren dirigido manualmente localizado encima o debajo del rotor. En la mayora de los casos, las botellas son sostenidas por envases de metal bastante fuertes, detal modoquesuejeseaperpendicular al ejederotacin, yalgunascentrfugastipo botella, los tubos de ensayo o botellas estn inclinadas a un ngulo de 37 al eje de rotacin, a fin de reducir la distancia a la que el material debe ser colocado.Este tipo de centrfugas es un equipo estndar para la mayora de los laboratorios biolgicos, qumicosomdicos. Sonusadosparasepararmaterialesslidosensuspensinopara clarificar lquidos cuando las precipitaciones no suceden en un tiempo razonable en el campo gravitatorio.b) Centrfugas Tubulares:Las centrfugas tubulares son usadas mayormente para la separacin continua de lquidos de otros lquidos o de partculas muy finas de lquidos. En general, son usadas cuando se requierenaltos requerimientos decentrifugacin. El taznrotatoriodeunacentrfuga tubular consiste en un largo tubo hueco.Para separacin continua, el material a centrifugar es introducido en el extremo cerca del eje. En muchos casosla separacin no es completa y se debe pasar el material varias veces a la mquina. Estas centrfugas son movidas por un motor de alta velocidad o una turbina de aire o vapor. La sedimentacin toma lugar como un fluido que fluye desde un extremo del tubo al otro. Cuando el material consiste en pequeas partculas o molculas y la concentracin es muy baja, el material slidoesusualmentedejado depositarseenlapared. En estecaso, la maquina es operada como una centrfuga por lote.Las centrfugas tubulares se usan en un sinnmero de aplicaciones, tales como: purificacin de vacunas (vacunas no centrifugadas contienen gran cantidad de materiales no esenciales y dainos;purificacin de aceites de lubricacin e industriales; clarificacin y purificacin de productos alimenticios tales como aceites esenciales, extractos y jugos de fruta; separacin de lquidos inmiscibles que no pueden ser separados por gravedad.c) Centrfugas Tipo Disco:Maestra en Ciencias con mencin en Ingeniera Ambiental Pgina 52Consiste en una pila de discos delgados en forma de conos.La sedimentacin toma lugar endireccinradial enel espacioentrelosconosadyacentes. Lacentrfugatipodisco usualmenteoperaenformacontinua. Estas centrfugas sonusadas paraseparacinde lquidos en los cuales el slido o componentes inmiscibles que estn en bajas concentraciones. Sonusadasparalapurificacindeaceites combustibles, parael aprovechamiento de aceites usados de motores, y para refinacin de aceites vegetales.d) Centrfugas Tipo Canasta:Estas centrfugas son llamadas a menudo centrfugas filtro o clarificadores.Tienen una pared perforada y un rotor tubular cilndrico.En la mayora de los casos para pared externa la centrfuga consiste en una fina malla metlica o una serie de mallas soportadas por una pesada malla gruesa, la cual a su vez es soportada por un plato.El lquido pasa a travs de la malla, y las partculas muy largas se depositan en esta. Estas centrfugas son empleadasen la manufactura de caa de azcar, en el secado de ropa en lavadorascaseras yenel lavadoysecadodediferentes tiposdecristales ymateriales fibrosos.e) Centrfugas tipo vacuum:En estas centrfugas, el rotor gira en aire o algn otro gas a presin atmosfrica. La friccin gaseosaen el rotor giratorio aumenta a un promedio relativamente alto, tal as que la energa requerida por el motor aumenta tambin. Esto da como resultado que la temperatura del rotor aumenta drsticamente, algunas veces excediendo el punto de ebullicin del agua.Estas centrfugas pueden ser usadas para la determinacin de pesos moleculares de prcticamente todas las sustancias en solucin.D.-Principio de funcionamiento del equipoEl operador arranca la mquina y carga la canasta, es decir, introduce la cantidad deseada de masa cocida.La fuerza centrfuga hace que la masa cocida suba por la pared exterior de la canasta y, mientras que la malla detiene al azcar, expulsa el licor madre.Este escurre hacia la envoltura y se recoge del fondo de ella dirigindose a un canal que va en la parte trasera inferior y a lo largo de la batera.Las dimensiones de las centrfugas se caracterizan por dos medidas principales:1. El dimetro interior de la canastaMaestra en Ciencias con mencin en Ingeniera Ambiental Pgina 532. La altura interior de la canasta.Un factor tan importante como las dimensiones, desde el punto de vista de la capacidad de las centrfugas, es la velocidad. La velocidad y el dimetro son los factores que determinan la fuerza centrfuga, es decir, la fuerza necesaria para eliminar las mieles durante la centrifugacin.Si se considera una centrfuga de un dimetro dado y se vara su velocidad, se obtendr un secadomsrpidoymscompletoamedidaquelafuerzacentrfuga, yporlotantola velocidadderotacin, seamayor. Enotras palabras, si unacentrfugatrabajaauna velocidadmsaltaqueotra, ambasidnticasycentrifugandolamismamasacocida, la mquina que trabaja a una velocidad mayor terminar su secado antes que la otra.No debe suponerse que la marcha a la velocidad de operacin es el nico factor importante en el curso de la centrifugacin. Las otras fases del proceso ocupan una parte sustancial del ciclo de operacin, que es mayor en masas cocidas de alta pureza que en masas cocidas de baja pureza y es notablemente ms alto en los ciclos ms rpidos.Los factores que influyen en el tiempo de la centrifugacin son: La viscosidad de las mieles, es decir, de su temperatura, densidad y pureza El tamao y la regularidad de los cristales. La rapidez de aceleracin de la mquina, es decir, el tiempo necesario para alcanzar la velocidad de operacin. La fuerza centrfuga desarrollada por la centrfuga en su velocidad de operacin.La capacidad de trabajo o la produccin de azcar de una centrfuga, depende de dos factores principales:a) Elcontenidodelacanastaenvolumendemasacocida: lacual puedeexpresarseen volumendemasacocidaoenpesodeazcar. El volumendemasacocidadepende principalmentedel:rea dela tela de la centrfuga y del grueso de la capa de masa cocida.b) La duracin del ciclo:de los factores que dependen de la caractersticas de la mquina son: La fuerza centrfuga desarrollada a la velocidad de operacin. La velocidad de la aceleracin, y en menor medida: La rapidez de freno y de descarga.Maestra en Ciencias con mencin en Ingeniera Ambiental Pgina 54En las centrfugas hay dos potencias que deben considerarse:a) La potencia del arranque o potencia necesariadurante el perodo de aceleracin.b) Potenciadurante la operacin.Esta ltima es evidentemente mucho menor que la primera, porque corresponde nicamente al mantenimiento de la velocidad, mientras que la potencia para el arranque corresponde al gasto de energa necesaria para llevar a la centrfuga de la inmovilidad a la velocidad de operacin, confirindole as una fuerza cintica considerable.E.-Proceso donde participa el equipoEn las masas cocidas de alta pureza, el azcar en la centrfuga se lava con agua y luego con vapor, o con vapor nicamente. Maestra en Ciencias con mencin en Ingeniera Ambiental Pgina 55La doblepurgaes un procedimiento para la separacin del azcar, que slo se usa en la fabricacin del azcar blanco.Consiste primero en purgar la masa cocida en una batera de centrfugas, sin lavarla. Las mieles que se obtienen son entonces pobres o pesadas. El azcar se descarga en un mezclador localizado bajo stas, en donde se mezcla con mieles de alta pureza para formar una masa cocida. De aqu se manda al mezclador distribuidor de una segunda batera de centrfugas llamadasde afinado, en donde se purga y se lava con agua y vapor.Las mieles obtenidas son ricas o ligeras.Para que la centrfuga pueda realizar un buen trabajo depende de: La uniformidad del tamao del grano. Viscosidad del licor madre.Cuando el grano no es uniforme, la centrifugacin puede ser muy difcil. En este caso, y si la mquina lo permite, la aceleracin debe hacerse lenta y gradual.Algunas centrfugas disponen de descarga automtica, las cuales estn abiertas en el fondo de la canasta y provistas de:Un disco diseado para recibir la masa cocida y distribuirla en el interior de la canasta: sin este disco, la masa cocida caer directamente, a travs de la canasta al conductor de azcar.Un fondo de pendiente notablemente mayor que la pendiente de las centrfugas de descarga a mano. Este generalmente tiene:- para altas purezas 45- para bajas purezas 60En las centrfugas automticas la descarga del azcar se asegura por un dispositivo especial o arado.17.2.- INDUSTRIA LACTEALaseparacincentrifugaesunaoperacinusadamuyamenudoenlaindustrialechera. Algunos usos incluyen: clarificacin(remueve impurezas slidas de leche antes de la pasteurizacin) desnatando (separacin de la crema de la leche) estandarizando separacin del suero (separacin de crema del suero (grasa) del suero) bactofugacin (la separacin de bacterias de leche) la separacin del quark (la separacin de cuajada del quarg del suero) la purificacindeaceitedemantequilla(laseparacindefasedesuerodegrasadeleche anhidra). Principios de Centrifugacin Maestra en Ciencias con mencin en Ingeniera Ambiental Pgina 56El centrifugacin se basaenla ley de Stoke. La velocidad de sedimentacin de partcula aumenta con: dimetro creciente. diferencia creciente en densidad entre las dos fases. viscosidad decreciente de la fase continua.Sisepermitieran leches crudas estar quietas, los glbulos grasos empezaran a subir a la superficie en un fenmeno llamado descremado. La leche cruda en un recipiente giratorio tambin tiene fuerzas centrifugas que actan sobre esta. Esto permite separacin rpida de grasa de leche de la leche desnatada porcin y remueve las impurezas slidas de la leche. Separacin Pueden usarse centrfugas para separar la crema de la leche desnatada. La centrfuga consiste de unos 120 discos apilados juntos en ngulo de 45 a 60 grados y separados unos 0.4 a 2.0 mm o canales de separacin. Se alimenta leche al borde exterior de la pila del disco. La pila de discos han sido distribuidos verticalmente alineados de tal forma que se permita la entrada de la leche. Bajo la influencia de fuerza del centrfugo los glbulos grasos (crema), qu son menos denso queel lalechedesnatada, iraal centrooejederotacinatravs deloscauces dela separacin . La leche desnatada se mover hacia la parte mas externa del juego de discos. Clarificacin Pueden hacerse separacin y clarificacin al mismo tiempo en una centrfuga. Partculas que sonmsdensasquelafasedelechecontinua,sevaatrsalpermetro. Losslidosque recogen en la centrfuga consisten de suciedad, clulas epiteliales, leucocitos, corpsculos, sedimento bacteriano y lodo. La cantidad de slidos que se recogen variar, sin embargo, debe retirarse de la centrfuga. Lascentrfugasmsmodernassonautolimpiadoraspermitiendounprocesodeseparacin /clarificacin continuo. Este tipo de centrfuga consiste en un cuenco especialmente construido con hendeduras de descarga perifricas. Estas hendeduras se mantienen cerradas bajopresin. Conuncambiomomentneodepresin, paraaproximadamente0.15s, se evacanlos contenidosdesedimento. Estopuedesignificar de8a25Laliminadosa intervalos de 60 min. Para una lechera, el sistema autolimpieza produjo una prdida de 50 L/hr de leche. Maestra en Ciencias con mencin en Ingeniera Ambiental Pgina 57Estandarizacin Los flujos de leche descremada y crema despus de la separacin debe ser recombinada a un contenido graso especificado. Una estandarizacin directa de la crema y leche desnatada es automticamente remezclada en el separador proporcionando la cantidad de grasa deseada. 17.3.- MATADEROS, CURTIEMBRES, E INDUSTRIA PESQUERACentrfuga, mod. CCSEsta centrfuga lleva a cabo la separacin de los slidos suspendidos. El efluente entra en el rotor girando con 1.400 rpm y separa los slidos con peso especfico alto (p.ej arena) por fuerza centrfuga que se descargan en forma de lodo en la salida del cono. Se recomienda el usodelacentrfugaencombinacinconlaprensadetornillosinfnNOCK, staltima siempre es la primera etapa en el sistema de tratamiento de aguas residuales. En curtiembres la centrfuga sirve para separar el contenido de la cal (CaCO3) del efluente. 17.4.- GALVANOPLASTIADimetro Canasta (cm)Profundidad Canasta (cm)Velocidad Mxima(R.P.M.)Carga Mxima (kg)Capacidad del Motor (C.P.)Tipo de Montaje4050602530307507006002535503/412Elstica deUn PuntoDe ApoyoMaestra en Ciencias con mencin en Ingeniera Ambiental Pgina 58Procesosde Fundicin El procesodecentrifugacindepiezasnoesunmtodonuevo, aunquesusparmetros actualmentesiguensiendoestudiados, yaquealgunosdeellosan sonunaincgnitaen cuanto a su contribucin en calidad y resistencia mecnica en la pieza metlica centrifugada, Tcnicamente hablando acerca de las ventajas que ofrece la centrifugacin,estn orientadas con la capacidad de generar altas presiones durante la solidificacin y que se obtienen mediante la aplicacin de altas velocidades de rotacin del molde, la pieza fundida por centrifugacin adquiere altas propiedades mecnica hasta treinta por ciento de incrementoencomparacinconlaobtenidamediantemtodosdecoladoporgravedad, adems que la calidad que se obtiene es muy estable, lo que hace de este un mtodo muy acertadoparalaobtencindepiezasfundidassinnecesidadderecurrir amquinasde inyeccin que son de alto costo y consumen mucho ms energa para realizar la inyeccin de losmetalesencmarafraocmaracaliente. Acontinuacinsetieneunatablaconlas ventajas del mtodo de centrifugacin con respecto al mtodo convencional por gravedad.Secaracterizanporsualtadensidad, especialmente enlasregionesexternasde lapieza, donde la fuerza es ms grande._ La alta velocidad de rotacin del molde genera fuerzas centrfugas que impulsan al metal a tomar la forma de la cavidad del molde._ La forma exterior de la fundicin puede ser redonda, octagonal, hexagonal o cualquier otra._ La forma interior de la fundicin es perfectamente redonda debido a la simetra radial de las fuerzas en juego. La orientacin del eje de rotacin del molde puede ser horizontal o vertical (la ms comn).Maestra en Ciencias con mencin en Ingeniera Ambiental Pgina 59En la fundicin centrifuga verticalel efecto de la gravedad que acta en el metal lquido causa que la pared de la fundicin sea ms gruesa en la base que en la parte superior. El perfil interior de la fundicin tomar una forma parablica.La formacinbajo altas presiones que las gravedades combinan con la solidificacin direccional sondos caractersticas que sonnicas en el procesode centrifugacin, el producto exhibe una estructura granular ms fina y compacta adems de la alta densidad, sin absolutamente ninguna porosidad.Porcausadelauniformidaddel tamaodegrano, laspropiedadesfsicastalescomoel esfuerzoalatensin, el esfuerzoalafluencia, elongacin, reduccindel rea, yotras propiedades deseablessonmejoradas hasta un 30% sobre los mtodos convencionales de fundicin tanto esttica como por gravedad.Debido a la alta confiabilidad y vida de los componentes producidos usando este proceso, el costo total sobre la vida del producto final es mucho ms bajo debido a su vida ms extensa, bajas situaciones de falla adems de menos mantenimiento.Mientras el metal es fundido, las fuerzas centrifugas distribuyen el metal contra las paredes del molde con grandes fuerzas, de ese modo desplaza los xidos e impurezas ms ligeras causndoles que se coloquen en la superficie interior del cilindro que est siendo fundido. Los xidos e impurezas son fcilmente removidos en el proceso de maquinado.Elprocesodecentrifugacinpermiteuna produccin econmica de diversidad de rangos tanto en tallas como en formas y cantidades. Esto convierte a este mtodo en uno ampliamente usado para crear distintas formas, con propiedades mecnicas elevadas y costos de produccin relativamente bajos.Aunquelos efectos delacentrifugacinsobrelas piezas fundidas nosonenteramente conocidos, sepuedeasumir quelos efectos enla piezafundidapodranser divididos mediante ciertos parmetros como: Presin centrifugaMaestra en Ciencias con mencin en Ingeniera Ambiental Pgina 60 Vibracin intrnseca del proceso Dinmica de los fluidosEl efecto centrfugo no es tan elevado para causar un cambio en lasolidificacin debido a la alta presin como en otros procesos de fundicin por presin. Cuando el efecto de diferentes densidades de una aleacin existe es esperado que haya una composicin qumica diferente o por lo menos diferente concentracin de fases a lo largo de una direccin de la pieza fundida y las resultantes propiedades mecnicas como el esfuerzo de tensin Aunque la vibracin no est directamente asociada con el proceso de centrifugacin de piezas fundidas, es siempre asociado con el proceso de centrifugacin debido a la inherente vibracin de los equipos.As, es importante tener en consideracin que esto podra tener repercusin en las propiedades mecnicas y metalrgicas de la pieza fundida. El efecto eventual de la vibracin tendra un incremento en el acrecentamiento del conjunto de propiedades mecnicas de la pieza fundida debido al refinado tamao de grano.17.5.- EXTRACCION DE ACEITES POR CENTRIFUGACION En la actualidad, el proceso de extraccin del aceite de oliva virgen llevado a cabo en una almazaraserealizamedianteel sistemacontinuodecentrifugacinendosotresfases. Despus de molida y batida la pasta, se realiza una centrifugacin (a la que se puede aadir agua o dejarla tal cual), segn el nmero de salidas del decnter se dice que el sistema es de dos o tres fase. Maestra en Ciencias con mencin en Ingeniera Ambiental Pgina 61Lascentrfugasseutilizanpara separarpartculasfinas ypequeas gotas de lquidos. La ecuacin del movimiento de una partcula que se desplaza en un fluido bajo la accin de un campocentrfugo, serparecidaaladel desplazamientodeunapartculaenuncampo gravitatorio, exceptuandoquela aceleracin de la gravedad,g, debe ser sustituida porla aceleracin centrfuga, r w 2, donde r es el radio de giro y w es la velocidad angular.La velocidad de sedimentacin de las partculas ser mucho mayor en una centrfuga que en un campo gravitatorio. Un coloide o una emulsin pueden ser completamente estables bajo laaccinordinariade lagravedad,ya que en estas condiciones las fuerzas de dispersin originadas por el movimiento browniano son mucho mayores que las fuerzas de gravedad. Sin embargo, en una centrfuga el coloide, o la emulsin pueden destruirse completamente ya que la fuerza centrfuga puede superar los efectos de las fuerzas de dispersin.Larelacinentrelaaceleracincentrfugayladelagravedad(rw 2/g) constituyeuna medida del poderde separacin de una centrfuga.Esta relacin puede tener un valor de hasta 104.Undecantador centrfugoconstadeunrecipientecilndrico, queengeneral secoloca horizontalmente, y que gira alrededor de un eje a gran velocidad.Cuando el aparato est en funcionamiento, la alimentacin se introduce de forma continua. La descarga del lquido ligero se hace a travs de un orificio prximo al eje; y el lquido pesado pasa por debajo de una placa anular perpendicular al eje de rotacin y descarga en una posicin ms alejada del eje. Si la resistencia de friccin al flujo de los lquidos que salen del recipiente es despreciable, la posicin de la interfase lquido-lquido se establece en funcindeunbalancehidrostticoylasalturasrelativas(distanciaradial al eje) delas salidas. Maestra en Ciencias con mencin en Ingeniera Ambiental Pgina 62De esta expresin se puede obtener el valor de r2, distancia de la superficie de separacin de los lquidos al eje de giro de la centrfuga en funcin del radio de la represa por donde sale el lquido ms pesado, rw, y el radio de la superficie del lquido ligero r1:Por otra parte, del anlisis terico de la separacin de las fases slida-lquida por decantacin centrfuga, y basndonos en la hiptesis de que el tiempo de sedimentacin y el tiempo de retencin (tr) deban ser iguales; se tiene que el tamao de partcula que tiene una probabilidad del 50% de depositarse viene dado por la expresin:En esta ecuacin se han introducido dos coeficientes kh y ks , para considerar el elemento diferencial de la fuerza de rozamiento cuando acta sobre una partcula slida, o una gota de lquido, kh, y la sedimentacin impedida debida a la concentracin de slidos en suspensin, ks.OTRAS INDUSTRIASINDUSTRIA DE HIDROCARBUROSINDUSTRIA LACTEAINDUSTRIA METALURGICAOBJETIVOReduccin de consumo de combustiblesfsilesydisminuirlas emisiones contaminantes a laatmsfera.Separar la leche en 2 fases: 1 fase ligera o leche desanatada y 1 fase ms densa o nata.Moldeo de formas sencillasMaestra en Ciencias con mencin en Ingeniera Ambiental Pgina 63MAQUINARIAMAQUINARIACondensador, Acumulador/Decantador, Centrfuga de cmara y disco, la cmara con numerosos conos metlicos (muy cercanos) que giran con la cmara y discos con agujeros coincidentes (canales x donde fluye la mezcla)Moldeadores centrfugosPROCEDIMIENTOEl residuo que llega a las instalaciones, se descarga a travs de unas cribas para evitar que los objetos voluminosos lleguen al resto de instalacin. Generalmente se favoreceel procesodedecantacin aprovechando calor residual del propio proceso. El producto se enva desde los tanques a la instalacin de centrifugacin mediante bombas.Tras este paso, el producto pasa a la primeraetapadecentrifugacin. Se emplea para ello un tricanter horizontal de tres fases. El equipo consta de un tambor giratorio con un tornillo sinfn en su interior. Los slidossedisponenrpidamenteen el exterior del tambor y son empujadosporeltornillohaciauno de los extremos de salida. El agua y el hidrocarburosonseparadosenel otro extremo de la mquina, dado quepor sus distintas densidades el aguasesitaenla zona exterior de lasmismasyel hidrocarburoenla zona interior. la cmara es alimentada por el fondo a travs de un tubo central que lleva la mezcla al centro de la maquinaria donde por fuerza centrfuga la fase ms densa se desplaza a la paredes yluegohaciaabajo ylafasemsligera sedesplazahaciael centro y fluye a travs delosdiscos hacia arribaEn el moldeo centrfugo se emplean moldes de arena, escayola, cemento, carbn o acero y se obtienen piezas de muy diversas aleaciones, no se necesitan machos y la parte interior de la piezamoldeadaexige el mecanizado para eliminar la escoria y la porcin impurificada del metal moldeado. Este mtodo tiene las desventajas de la limitacindel tamao y formas adaptables a l y el coste e instalacin de las maquinas centrfugas.Maestra en Ciencias con mencin en Ingeniera Ambiental Pgina 64PROCEDIMIENTOEl objetivo de esta etapa es eliminar la mayora de slidos y de agua. Es importanteenestafase queel agua arrastre relativamente poco hidrocarburo, para que el posterior tratamiento de depuracin sea efectivo. El fuel separado todava contiene del orden de un 15-20% de agua, por lo que tras volver a calentar el residuosealimentaalasegunda etapa de centrifugacin. sta tiene lugar en una centrifuga vertical convencional, enlaqueseafinael producto obteniendo un fuel de salida con menos de un 1% de agua y slidos en conjunto.Las piezas obtenidas por centrifugado pueden aumentar en un 20 % su resistencia a traccin, en comparacin con las del mismo material moldeadas por los procedimientos de solidificacin reposada y tambin presentan un mayor alargamiento.FUERZA CENTRIFUGAFuerza centrfuga normal desde el centro hacia los lados, la actuacin es una sola.la fuerza centrfuga acta directamente sobre los separadores mecnicos (cmara) aumentando el empuje gravitacional, aumentando as la diferencia de densidades y pesos de la grasa de la leche (fase densa)PROCESOMATERIA PRIMADisolventes orgnicos se clasifican en tres categoras: hidrocarburos, oxigenados y halogenados.leche Metales diversosRESULTADOHidrocraburos libres de agua (menos de 1%)Leche desnatada y nata, posibilidades de utilizar algunos residuos como aditivos nutricionales para animales.Piezas cilndricas y otras de tamao pequeo con mayor resistencia a traccin.DERIVADO/ RESIDUOAgua y slidos en conjunto. restos de nataEscorias y porcin impurificada del metal moldeadoECUACIONESECUAC. 01 l = (1 + (a' b' T + c' T2 d' T3) 104) 103 [4.1.1], siendo T en C y a',b',c',d' los coeficientes segn su composicin Maestra en Ciencias con mencin en Ingeniera Ambiental Pgina 65IMPACTO AMBIENTALel hacer recuperacin de hidrocarburos ya utilizados nos permite utilizar lo mximo posible el recurso y con ello aminorar un poco laexplotacinparala obtencin del mismo, lo que implicara una menor impacto a menos explotacin.el proceso no es agresivo al medio ambiente y por el contrariopermiteel mayor aprovechamiento de la leche lo que al igual que en hidrocarburos con estotenemosmenor consumo de recursoContaminacin por metales si hay mala disposicin de los residuos o no hay reutilizacin.OBSERVACION Laseparacindela particin estar sujeta a variaciones por velocidad del giro del motor, la temperatura de la leche yla posicin del separadorXIX.- CONCLUSIONES La centrifugacin es una tcnica de separacin de partculas que se basa en la distinta velocidad de desplazamiento de las partculas en un medio lquido al ser sometidas a un campo centrfugo. Cuando se centrifuga una solucin, se rompe la homogeneidad y se produce la separacin del soluto y del disolvente. Existen dos clases de sedimentacin: a) Centrifugacin Analtica y b) Centrifugacin Preparativa. La centrifugacin analtica, estima propiedades fsicas (coeficiente de sedimentacin o peso molecular) de alguna partcula en concreto: sus propiedades hidrodinmicas. La Centrifugacin Preparativa: su objetivo es aislar partculas especficas. Existen dos mtodos de separacin en centrifugacin preparativa: diferencial y en gradiente de densidad. Una centrifuga es un dispositivo para separar partculas en una solucin de acuerdo a su tamao, textura, densidad, viscosidad del medio y velocidad del rotor. Las partes que componen a una centrfuga son: rotor, motor, cmara de vaco, control de velocidad, tiempo y temperatura.Maestra en Ciencias con mencin en Ingeniera Ambiental Pgina 66 La centrifugacin cumpleun rol importante en el rea de salud en la separacin y anlisis de muestras como hormonas, qumica sangunea, electrolitos, inmunologa, serologa, entre otros. La centrifugacintambines usadoenla sedimentacindeclulas yvirus, la separacin de orgnulos subcelulares y el aislamiento de macromolculas, tales como ADN, ARN, protenas o lpidos. La centrifugas garantiza la separacin mecnica de diferentes fases lquidas y solidas, en forma rpida y en continua que se aplica endiferentes procesos industriales que por el mtodo de sedimentacin por gravedad.XX.- REFERENCIAS BIBLIOGRFICAS Belter P., Cussler E.L. andHuWei Shou"Bioseparations : Dowstream Processing for Biotechnology":, John Wiley and Sons , 1988. Doran M." Bioprocess Engineering Principles", Academic Press, 1995. Seoanez Mariano. 1998.Ecologa Industrial. Editorial Mundi-Prensa. 2da. Edicin.Espaa.522 pp Tejeda, R.M.Montesinos, R.Guzmn"Bioseparaciones", Editorial Unison, 1995.Maestra en Ciencias con mencin en Ingeniera Ambiental Pgina 67