Contexto - Uniandes
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Grupo de Dinámica de M aquinaria
DISEÑO E IM PLEM ENTACIÓN DE PROTOTIPO DE SEPARACIÓN DE
ALM IDÓN DE PAPA
Valentina Garzón Parra
Contexto
La papa es una especie vegetal del género Solanum, el cual tiene más de 2000 especies las cuales se
cultivan al rededor del mundo. En Colombia, las especies más comunes son: tequerreña o sabanera,
parda pastusa, pastusa suprema, rubí, salentuna, carriza, Monserrate, yema de huevo, entre otras [1].
El cultivo de papa en el país se desataca por la gran cantidad de actividades que se generan en torno
al producto. Durante el año 2012 se cosecharon 101.681 hectáreas de papa, ocupando el tercer lugar
de ocupación de cultivos en el país [1]. A continuación, se describen brevemente las etapas del proceso
productivo de la papa:
1. Selección y clasificación de la semilla: consiste en separar los tubérculos deformes, dañados o
cortados de aquellos que no presentan imperfecciones. Es preciso contar con un tratamiento
preventivo contra insectos y hongos.
2. Establecimiento del cultivo: esta etapa del proceso se consta de la selección del lote a cultivar,
preparación del terreno y realización de la siembra.
3. Desarrollo del cultivo: esta etapa abarca el tiempo de crecimiento y maduración de la planta
de papa. También comprende de otras actividades para el correcto manejo del cultivo.
4. Sanidad del cultivo: para un cultivo sano se requiere mantener la salud del suelo y la
utilización de semillas sanas.
5. Cosecha y postcosecha: comprende las actividades de extracción, recolección, clasificación,
selección, empaque, procesamiento y posterior consumo del producto.
Durante la última etapa del proceso se descarta gran parte de la cosecha debido a factores estéticos o
enfermedades que hayan afectado el cultivo. Sin embargo, es común que esta parte de la cosecha que
se desecha y se encuentre en óptimas condiciones de salud se utiliza para alimentar ganado. En otros
países esta porción desechada se usa para la obtención de otros productos como el almidón. Para
generar este producto es necesario llevar a cabo 3 etapas importantes [2]:
1. Molido: el objetivo de este proceso es romper las células de la papa para tener acceso al
almidón.
2. Separación y extracción: en este proceso se extrae el agua de la papa para la producción del
almidón. Seguido de esto se extrae el almidón de las fibras a través de sistemas de
centrifugado.
3. Deshidratación y secado: se hace uso de filtros de tambor de vacío, permitiendo alcanzar un
contenido de agua del 38%.
En el país, el almidón de papa se utiliza en el campo textil, farmacéutico, químico, petrolero, entre
otros [2]. Sin embargo, este almidón es importado debido a que actualmente la producción nacional
de almidón es artesanal y no es capaz de cumplir con la creciente demanda del producto. Por lo
anterior, la Universidad de Los Andes en conjunto con la Universidad de Antioquia han propuesto el
desarrollo de un prototipo que permita la producción de almidón de papa en Colombia para aprovechar
las porciones de papa descartada en los cultivos, y disminuir los costos por la importación del producto.
Como parte de este proyecto, se pretende realizar el diseño e implementación de un módulo de
extracción y separación del almidón por medio de hidrociclones y bombas. Para lo anterior, se
investigará sobre las configuraciones con las que se obtienen mejores resultados y se buscarán los
grados de libertad del proyecto.
Trabajo Previo
Los trabajos previos alrededor de los hidrociclones dependen de la aplicación que se les dé. A
continuación, se describirán algunas aplicaciones.
1. Deslamado: esta operación pretende eliminar partículas finas en el flujo superior del
hidrociclón. En plantas químicas se utilizan para eliminar el agua después de un proceso de
cristalización. Comúnmente seguido de este proceso se realiza un refinado para continuar con
el proceso de extracción del agua, además de obtener tamaños de partículas menores.
2. Circuitos cerrados de molienda: en la industria alimenticia se ubican hidrociclones justo
después de la molienda. El producto molido se introduce en el hidrociclón, la fracción molida
con el tamaño de corte saldrá por la parte superior y este será el producto final, y la otra
parte de la molienda con tamaños superiores saldrá por la parte inferior del hidrociclón para
ser molida nuevamente.
3. Recuperación de líquidos: comúnmente los equipos de lavado y escurrido generan aguas
turbias, y esto se debe a la presencia de fracciones finas de pintura, arenas, entre otros. Para
la eliminación de estas y primera instancia de limpieza del agua se utilizan hidrociclones.
En la industria existen múltiples aplicaciones de los hidrociclones además de estas. Las nombradas
son las más comunes.
Por otro lado, se encuentran los trabajos que se han realizado en torno a la implementación de
hidrociclones en la industria alimentaria. Como se referencia se tiene un documento de maestría de la
Universidad de Los Andes elaborado en 2013 [4]. En este se encuentra un primer acercamiento a la
separación de almidón con hidrociclones, sin embargo, el almidón trabajado fue de yuca. Se encontró
que el sistema del hidrociclón diseñado separó las fibras presentes en la mezcla, dependiendo del caudal
utilizado. Además, se afirma que el uso de un sistema de separación húmedo permite obtener un
almidón con menos impurezas y que, sin importar la morfología de la partícula, si esta presenta un
tamaño y densidad adecuada es posible separarla fácilmente con hidrociclones.
También se encontró que en el primer semestre de 2019 se trabajó un proyecto de grado de la
Universidad de Los Andes, en el que se diseñó un hidrociclón para separación de almidón de papa.
Los resultados obtenidos solo se reportan para concentraciones bajas de almidón, ya que, debido a la
manufactura y los altos caudales utilizados, el hidrociclón se fracturó y no fue posible su utilización.
Alcance
Como producto final se espera obtener un hidrociclón con un banco de pruebas completamente
funcional. El hidrociclón se pretende diseñarlo siguiendo modelos teóricos de separación de solidos que
permitirán determinar las dimensiones del este. El banco de pruebas consistirá en un montaje que
permite la utilización del hidrociclón diseñado, este contará con una bomba, tuberías y válvulas, así
como recipientes para la mezcla. Finalmente, para verificar el correcto funcionamiento del hidrociclón,
en cuanto a la separación de sólidos, se propone realizar pruebas de laboratorio para determinar el
tamaño de partícula tanto de la mezcla de entrada como de las salidas del hidrociclón.
Ejecución
Pruebas preliminares
Antes de iniciar con el diseño de las partes del banco de pruebas o del hidrociclón, se decide
caracterizar la muestra que se desea separar de esta manera se encuentra las dimensiones y
características del almidón a separar. Para esto se realizó la molienda de un pequeño lote de papa
Diacol Capiro y se extrajo almidón mediante un proceso de decantación, siguiendo los pasos descritos
a continuación:
1. Se realiza la molienda de la papa, teniendo en cuenta que la proporción a agregar es de 2
partes de papa por 1 parte de agua. Este proceso se lleva a cabo utilizando una licuadora de
cocina.
2. Se deposita este jugo de papa en un recipiente limpio y se deja reposar por aproximadamente
1 hora.
3. Transcurrido este tiempo, el almidón se decantará mientras que la pulpa de la papa quedará
en la superficie. Se retira la papa de la superficie y se añade agua limpia.
4. Se repite el paso 3 dejando reposar por 1 hora hasta que el agua quede completamente limpia
y el almidón se encuentre blanco.
Cabe resaltar que la papa fue adquirida de diferentes supermercados para tener en cuenta las
diferencias entre cultivos.
▪ Tamaño de partícula almidón
Para la caracterización del tamaño de partícula del almidón se realiza una micrografía y se
realizan las respectivas mediciones. El cálculo del tamaño de partícula se realiza con el
software ImageJ el cual permite el análisis de imágenes. En la Figura 1 se puede apreciar una
micrografía. Se encontró que el tamaño de partícula promedio es de 38.2 μm. Con este valor
ya se tiene un valor objetivo para la separación del hidrociclón.
Figura 1. M icrografía de almidón de papa Diacol Capiro
▪ Densidad almidón
Debido a que el principio de funcionamiento del hidrociclón se basa en la diferencia en
densidades para la separación de los sólidos, es necesario determinar la densidad del almidón.
Para determinar esta densidad se decide seguir la norma ASTM D854 – Standard Test
Methods for Specific Gravity of Soil Solids by Water Pyctometer [7]. Se realizaron 5 tomas
de datos y se realiza el cálculo de la densidad siguiendo las ecuaciones a continuación.
𝑀𝑝𝑤,𝑡 = 𝑀𝑝 + (𝑉𝑝𝜌𝑤𝑡)
𝐺𝑡 =𝜌𝑠𝜌𝑤,𝑡
=𝑀𝑠
𝑀𝑝𝑤,𝑡 − (𝑀𝑝𝑤𝑠,𝑡 −𝑀𝑠)
Donde, 𝑀𝑝𝑤,𝑡 representa la masa del picnómetro y el agua, 𝑀𝑝 es la masa promedio del
picnómetro seco, 𝑉𝑝 es el volumen promedio del pictometro, 𝜌𝑤,𝑡 es la densidad del agua del
experimento, 𝜌𝑠 es la densidad del sólido, 𝑀𝑠 es la masa del sólido seco y 𝑀𝑝𝑤𝑠,𝑡 es la masa
del picnómetro, agua y sólidos juntos. Los valores registrados se encuentran en la Tabla 1.
Tabla 1. Valores registrados en prueba de densidad del almidón
Los resultados de la densidad del almidón se pueden apreciar en la Tabla 2.
Tabla 2. Densidad del almidón
▪ Viscosidad almidón
Por otro lado, para la correcta selección de la bomba es necesario determinar la viscosidad de
la mezcla a bombear. Para densidades altas se recomienda una bomba de desplazamiento
positivo, mientras que para densidades bajas es preferible la utilización de bombas centrifugas
[8]. La viscosidad del almidón se midió siguiendo la norma ISI 17-1e del Starch Institute [9].
La norma describe el procedimiento para medir la viscosidad Brookfield del almidón. El ensayo
se debe realizar con la muestra a 50 °C. Se decide realizar la prueba con diferentes
concentraciones de almidón diluido en agua. En la Tabla 3 se encuentran los resultados
obtenidos. Como era de esperarse, la viscosidad aumenta al aumentar la concentración de
almidón. Sin embargo, se encuentra que no es conveniente trabajar con concentraciones altas
debido a la tendencia del almidón a decantarse rápidamente. La decantación del almidón de
la mezcla sucede por la diferencia de densidades de los componentes de la misma. Debido a
que el almidón presenta mayor densidad que el agua y la acción de la fuerza gravitatoria este
se depositará en el fondo del recipiente en el que se encuentre. Al trabajar con mayores
concentraciones de almidón se dificultará el control sobre la homogeneidad de la mezcla debido
a que este se adherirá en el fondo del recipiente.
[g] [g] [g] [g]
3,33 32,53 81,99 82,85
3,31 32,54 82,01 82,76
3,34 32,53 82,00 82,75
3,30 32,53 81,99 82,84
3,33 32,53 81,97 82,77
3,32 32,53 81,99 82,79
Promedio 3,32 32,53 81,99 82,79
Desviación
estandar0,015 0,004 0,013 0,042
, ,
Densidad de sólidos
(almidón) [g/cm³]
1.315 ±0.006
Tabla 3. Viscosidad del almidón
Para cada concentración de almidón se realiza la toma de datos 9 veces y se promedian los
valores. Además, se calcula el error teniendo en cuenta la resolución del equipo y la dispersión
de los datos.
Diseño del banco de pruebas
Teniendo en cuenta la baja viscosidad de la mezcla a bajas concentraciones se decide utilizar una
bomba centrifuga. Seguido de esto, se propone un primer esquema del montaje del banco de pruebas
utilizando válvulas para regular la presión en diferentes puntos del sistema. Así mismo, se propone
una realimentación del tanque de entrada para mantener la mezcla en movimiento y evitar que el
almidón se decante.
Figura 2. Esquema del banco de pruebas
Teniendo en cuenta el esquema de la Figura 2, se plantea la ecuación de Bernoulli para calcular la
curva teórica del sistema.
ℎ𝑝 +𝑃1𝜌𝑔=𝑃2𝜌𝑔+𝑉2
𝜌𝑔(𝑓1𝐿1𝐷+ ∑𝑘) + 𝑍2
Se decide trabajar con una tubería de 1 in de diámetro y se realizan los respectivos cálculos para la
determinación de la curva teórica del sistema, asumiendo una tubería lisa y teniendo en cuenta las
perdidas por las válvulas y los codos. Para estos cálculos se tiene que
𝑃1 = 𝜌𝑔ℎ1 = 6867 𝑃𝑎
𝑃2 = 55000 𝑃𝑎
Concentración Viscosidad (cP) Error
5% 8,1
10% 8,5
15% 9,1
20% 23,3
25% 25,6
30% 33,6
±0,2
𝑓1 = 0.013
𝐷 = 0.0254 𝑚
Para las perdidas debidas a los accesorios del sistema y los cambios de sección transversal se decide
tomar las siguientes constantes
𝑘𝑐𝑜𝑑𝑜𝑠 90° = 0.2
𝑘𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑑𝑎/𝑠𝑎𝑙𝑖𝑑𝑎 𝑟𝑒𝑠𝑒𝑟𝑣𝑜𝑟𝑖𝑜𝑠 = 1
𝑘𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑑𝑎/𝑠𝑎𝑙𝑖𝑑𝑎 ℎ𝑖𝑑𝑟𝑜𝑐𝑖𝑐𝑙ó𝑛 = 1
𝑘𝑣𝑎𝑙𝑣𝑢𝑙𝑎−25% 𝑑𝑒 𝑎𝑝𝑒𝑟𝑡𝑢𝑟𝑎 = 20
𝑘𝑣𝑎𝑙𝑣𝑢𝑙𝑎−50% 𝑑𝑒 𝑎𝑝𝑒𝑟𝑡𝑢𝑟𝑎 = 1.8
Considerando que la curva del sistema depende de las perdidas del mismo, y estas en parte dependen
del porcentaje de apertura de las válvulas, se decide realizar cálculos teniendo en cuenta apertura de
25% y 50% en cada una de las válvulas.
Se encuentra que la cabeza que requiere el sistema es de 6.1 m en promedio. Por otro lado, ya que en
el laboratorio de fluidos de la Universidad se encuentra disponible una bomba centrifuga (Pedrollo
CP600) que tentativamente podría funcionar, se construye la curva del sistema teniendo en cuenta la
curva de esta bomba para verificar su funcionamiento teórico. En la Figura 3 se puede observar que
tanto la cura del sistema como la de la bomba se encuentran en el punto con 60 L/min y
aproximadamente 15 m de cabeza, por lo cual teóricamente podría funcionar.
Figura 3. Curva teórica del sistema
Diseño del hidrociclón
Debido a que los resultados de tamaño de partícula son menores a 50 μm se decide seguir el teorema
de Rietema para el diseño del hidrociclón ya que experimentalmente se ha demostrado ser más
acertado con tamaños de partícula menores a este valor [4]. En su documento Performance and Design
of Hydrocylones [5], el autor describe paso a paso el procedimiento para diseñar un hidrociclón.
1. Definir un diámetro de corte para la separación (𝑑50), esto se hace teniendo en cuenta la
concentración de partículas en la suspensión. Como parámetro de diseño se selecciona 20 μm.
2. Definir una caída de presión Δ𝑃 dependiendo de la bomba o montaje que se tiene. Ya que se
encuentra disponible una bomba en el laboratorio de fluidos de la Universidad, se selecciona
55 kPa como parámetro de diseño. Este valor de presión se selecciona teniendo en cuenta las
dimensiones del banco de pruebas, así como la curva característica de la bomba (Figura 3).
3. Calcular el valor de R
𝑅 =𝑑502 Δ𝜌Δ𝑃
𝜇2
Donde Δ𝜌 es la diferencia de densidades del almidón y el agua y 𝜇 es la viscosidad de la mezcla
a separar. Se tiene que,
𝑅 =(20 𝜇𝑚)(1315 𝑘𝑔 𝑚3⁄ − 1000 𝑘𝑔 𝑚3⁄ )(55 𝑘𝑃𝑎)
0.001 𝑃𝑎 𝑠
𝑅 = 6.94 𝑥103
4. De la gráfica de la Figura 4 se determinan los valores del diámetro principal del hidrociclón
y el caudal necesario.
Figura 4. Correlaciones entre las características de separación en hidrociclones [5]
𝑄 = 36 𝐿/𝑚𝑖𝑛
𝐷 = 6.87 𝑐𝑚
5. Finalmente, se calculan las demás dimensiones del hidrociclón siguiendo las relaciones. Estos
valores hacen referencia a las denotadas en la Figura 5.
𝐿
𝐷= 5 → 𝐿 = 31.85 𝑐𝑚
𝑏
𝐷= 0.28 → 𝑏 = 1.93 𝑐𝑚
𝑒
𝐷= 0.34 → 𝑒 = 2.33 𝑐𝑚
𝑙
𝐷= 0.4 → 𝑙 = 2.75 𝑐𝑚
Figura 5. Esquemático para diseño de hidrociclón [5]
Análisis
Pruebas preliminares
Para determinar si los resultados obtenidos en cuanto al tamaño de partícula son certeros, se decide
realizar una comparación con el tamaño de partícula del almidón de papa reportado en [6]. Como es
posible evidenciar en la Figura 6, el tamaño de partícula del almidón de papa se encuentra en el rango
de 10 a 100 μm, con mayor cantidad de partículas alrededor de 70 μm. La diferencia entre este valor
y el resultado obtenido puede radicar en la especie de papa utilizada.
Figura 6. Distribución de tamaño de partícula [6]
Diseño del banco de pruebas
Para analizar el correcto funcionamiento del banco de pruebas, se inicia con la caracterización del
mismo. Esto se lleva a cabo realizando mediciones tanto de presión como caudal con diferentes
combinaciones de apertura de las válvulas. La presión fue medida con dos diferentes barómetros, uno
ubicado a la entrada del hidrociclón y otro a la salida de este, de esta manera fue posible el registro
del cambio de presión debido al hidrociclón. Por otro lado, para el cálculo del caudal del sistema fue
necesario registrar los valores de volumen de mezcla, teniendo en cuenta las dimensiones del recipiente
y la densidad de la mezcla, y el tiempo que tarda el sistema en bombear este volumen, el cual fue
registrado con un cronometro.
Los valores registrados se encentran en la Tabla 4. Además, con estos se construye la curva real del
sistema, como se muestra en la Figura 7.
Tabla 4. Apertura de la válvula y presión
Figura 7. Curva experimental del sistema
Apertura válvula de
compuerta superiorPresion [psi]
100% 10
83% 9
67% 8
50% 7
33% 6
17% 5
Se puede evidenciar que experimentalmente no se tiene el comportamiento esperado del sistema y no
es posible llegar al punto de operación que requiere el hidrociclón (presión de 55 kPa y caudal de 36
L/min). Sin embargo, se itera con el montaje hasta llegar al punto más cercano de operación para el
correcto funcionamiento del hidrociclón. Este punto es 8 psi y aproximadamente 80 L/min.
Diseño del hidrociclón
Teniendo en cuenta las condiciones de presión y caudal del sistema, se decide calcular el nuevo tamaño
de corte teórico que tendrá el hidrociclón dadas las dimensiones. Se inicia aproximando el valor de R
en el que el sistema se encuentra operando, esto se lleva a cabo con el diámetro del hidrociclón, la
presión, otras propiedades del fluido y la ecuación de la gráfica de la Figura 4.
𝐷 (𝜌
𝜂)√Δ𝑃
𝜌= 5.19 𝑥 105
Con este valor es posible identificar el valor de R de la gráfica y con este se despeja el diámetro de
corte del hidrociclón.
𝑅 =𝑑502 Δ𝜌Δ𝑃
𝜇2= 1.5 𝑥 104
𝑑50 = 29.5 𝜇𝑚
Finalmente, se calcula el caudal requerido para separar el tamaño de partícula.
𝑄 (𝜌
𝜂)√Δ𝑃
𝜌= 1010
𝑄 = 80.1 𝐿/𝑚𝑖𝑛
Inicialmente se decide realizar pruebas del sistema con una mezcla de almidón al 1%. Para estas
pruebas la presión del sistema era de 5 psi. Los resultados de la distribución del tamaño de partícula
de la mezcla de entrada y de salida se encuentran en las Figuras 8 y 9.
Figura 8. Resultados distribución de tamaño de partículas a la entrada del sistema – M ezcla de almidón al 1%
Figura 9. Resultados distribución de tamaño de partículas a la salida del underflow del sistema – M ezcla de almidón al 1%
En las Figuras 8 y 9 se evidencia que el tamaño de partículas suspendidas en la mezcla es más grande
a la salida del underflow que a la entrada del sistema. Estos resultados no fueron concluyentes debido
a que teóricamente se esperaba un tamaño de partícula menor a la salida ya que la finalidad del diseño
es la separación del almidón para el refinamiento de este.
Por lo anterior, y teniendo en cuenta tanto los valores teóricos de 𝑑50, como el tamaño de partícula
del almidón se decide realizar una mezcla de diferentes harinas disponibles en el mercado. Al realizar
las pruebas con una mezcla caracterizada con anterioridad es posible determinar la distribución del
tamaño de partícula a la entrada del sistema y se asegura la repetibilidad del experimento.
Para la caracterización de la mezcla se realizó el tamizado de cada una de estas harinas y se determinó
el rango en el que se encontraban. Se realiza la mezcla de la Tabla 5 teniendo en cuenta los tamaños
de partícula determinados por el tamizado, y se procede a separarla con el montaje del hidrociclón
con las condiciones antes descritas.
Tabla 5. M ezcla de harinas realizada, caracterizada por medio de tamizado
Como se mencionó anteriormente, las variables del sistema se mantuvieron en 8 psi y
aproximadamente 80 L/min para esta toma de datos. Los resultados de las distribuciones de tamaño
de partícula de la entrada se encuentran en la Figura 10, mientras que las salidas se encuentran en
las Figuras 11 y 12.
En las Figuras 10 y 11 es posible evidenciar la presencia de 2 picos en la distribución, uno de ellos
corresponde a la distribución de los polvos como tal, mientras que el otro corresponde al cuchuco de
cebada, el cual presentaba un tamaño de partícula superior.
Figura 10. Resultados distribución de tamaño de partículas a la entrada del sistema – M ezcla de polvos
ElementoTamaño de
particula [μm]Cantidad [gr]
Maizena < 38 35,20
Maizena 38 < x < 75 100,48
Harina de trigo 75 < x < 90 20,51
Maizena 90 < x <125 102,11
Harina de garbanzo 125 < x < 150 40,80
Cuchuco de cebada 1400 < x <2000 30,22
Figura 11. Resultados distribución de tamaño de partículas a la salida del underflow del sistema – M ezcla de
polvos
Figura 12. Resultados distribución de tamaño de partículas a la salida del overflow del sistema – M ezcla de
polvos
A partir de las figuras anteriores es posible afirmar que se llevó a cabo una separación de partículas,
sin embargo, este no era el resultado esperado teniendo en cuenta que teóricamente las partículas de
menor tamaño deberían encontrarse en el underflow y las más grandes en el overflow. Los resultados
muestran que en este caso la separación sucedió de manera contraria, teniendo partículas de gran
tamaño en el underflow. Una posible razón de este resultado es la densidad del cuchuco de cebada
utilizado, en comparación con los otros polvos mezclados. Además, como se mencionó anteriormente
el sistema no se encontraba operando en las condiciones que el modelo teórico exigía debido a un
sobredimensionamiento de la bomba.
Cierre
En primer lugar, se llevaron a cabo pruebas de laboratorio para caracterizar el almidón de la papa
Diacol Capiro. Teniendo en cuenta estos resultados fue posible seguir la teoría de Rietema para el
diseño del hidrociclón. Con este modelo fue posible calcular las dimensiones del hidrociclón, así como
el caudal y la presión necesaria para la correcta separación de sólidos. Seguido de esto se procedió a
realizar el modelamiento tridimensional del diseño planteado para posteriormente iniciar la
manufactura por medio de impresión 3D.
Además, teniendo en cuenta los resultados de las pruebas preliminares de laboratorio y los
requerimientos de funcionamiento del hidrociclón se seleccionó la bomba a utilizar en el banco de
pruebas. Simultáneamente, se llevó a cabo el diseño del sistema para acoplar el hidrociclón y realizar
pruebas, esto se llevó a cabo con las ecuaciones de Bernoulli.
Al finalizar el proyecto no fue posible comprobar el modelo teórico del diseño del hidrociclón ya que,
al sobredimensionar la bomba, el sistema no operaba en las condiciones de diseño. Sin embargo, al
realizar la prueba de funcionamiento final con la mezcla de harina caracterizada se encontró que el
hidrociclón separó partículas de gran tamaño posiblemente por la diferencia de densidades de la
mezcla.
Recomendaciones
Para futuros proyectos basados en esta primera iteración del diseño del hidrociclón es recomendable
la utilización de otra bomba de menor potencia para de esta manera asegurar las condiciones de diseño
para el funcionamiento. En caso de no contar con otra bomba, se podría utilizar un variador de
frecuencia para de esta manera poder controlar la señal de voltaje que entra a la bomba, y con esta
su potencia. Además, es recomendable esperar a que la bomba alcance su estado estacionario antes de
iniciar la separación del almidón. Lo anterior debido a que en estado transitorio se pueden encontrar
sobre impulsos, lo cual aumentará el caudal del sistema y no se encontrará en las condiciones de
diseño.
Finalmente, se recomienda utilizar instrumentos de medición especializados para el caudal y de esta
manera evitar aproximaciones en la toma de tiempos y cálculos de volumen. Esto puede ir acompañado
de un sistema de control que garantice en el banco de pruebas las condiciones de diseño del hidrociclón.
Cronograma
Referencias
[1] MinAgricultura, El cultivo de la papa, Solanum tuberosum. Alimento de gran valor nutritivo, clave
en la seguridad alimentaria mundial, Boletín mensual. Insumos y factores asociados a la
producción agropecuaria, 2013.
[2] Universidad de Los Andes y Universidad de Antioquia, Diseño e implementación de un prototipo
para la extracción de almidón a partir de papas de descarte para mejorar las condiciones
socioeconómicas del sector papero, 2018.
[3] C. Aldrich, Hydrocyclones, de Progress in Filtration and Separation, Perth, Elsevier Ltd., 2015,
pp. 2-20.
[4] J. A. Rey Cespedes, Desarrollo de un sistema de separación de harina de yuca por vía húmenda
para la producción de almidón, Bogotá: Universidad de Los Andes, 2013.
[5] Rietema, K., 1961. Performance and design of hydrocyclones – parts I–IV. Chem. Eng. Sci. 15,
298–325
[6] H. Grommers y D. van der Krogt, Potato starch: production, modifications and uses, Elsevier ,
2009.
[7] ASTM., ASTM D854 – Standard Test Methods for Specific Gravity of Soil Solids by Water
Pyctometer. 2014.
[8] F. White, Mecánica de fluidos, McGraw Hill, 2014.
[9] Starch Institute., ISI 17-1e - Determination of Viscosity of Starch by Brookfield, 2002.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
Primera iteración del diseño del hidrociclón
Segunda iteración del diseño del hidrocilón
Diseño del banco de pruebas para el hidrociclón
Diseño del hidrociclón
Manufactura banco de pruebas e hidrociclón
Primera prueba de funcionamiento del montaje
Correcciones al banco de pruebas
Prueba de separación de la mezcla del hidrociclón
Verificación del funcionamiento del hidrocicón (pruebas de
laboratorio para cálculo de eficiencia)
Redacción documento final
SemanaActividad
Anexos
A continuación, se encuentran los planos tanto del hidrociclón como del banco de pruebas diseñado.
LISTA DE PARTES
DESCRIPCIÓN
PARTECANTIDADITEM
Hidrociclón - Parte 1
11
Hidrociclón - Parte 2
12
Hidrociclón - Parte 3
13
Hidrociclón - Parte 4
14
Tuerca hexagonalCNS 3129 - M 3185
Tornillo bristolCNS 3932 - M 3 x 12186
1
1
2
2
A A
B B
Rev.
Plan
oRe
v. Té
cnico
de La
bora
torio
Firma
Estu
diante
TABLA CONTROL DE CAMBIOSFECHA UBICACIÓN COTA INICIAL COTA FINAL FIRMA EST.
NOTA: Aplica para máximo 3 cotas, siempre y cuando estas no afecten drásticamente el diseño de la pieza y el tiempo de fabricación.
Facultad de IngenieríaDepto. Ing. Mecánica
Nombre del proyecto: Nombre de la pieza:Hidrociclón Ensamble hidrociclónMaterial:ABS
CANT:
1 A4 Escala:
1:2Código plano:
Unidades en [mm] - Ángulos en [°]Tolerancias generales ±0,5mm
TIEMPOEQUIPO
Nombre del Estudiante: Código:E-mail: Celular:Nombre del Curso:Nombre Profesor:
Observaciones: Fecha Solicitud Servicio: Fecha Reserva Servicio:
Dimensiones Materia Prima:.
Valentina Garzon 201422250E-mail del estudiante .
Proyecto de gradoGiacomo Barbieri
TABLA DE REGISTRO TIEMPOS:
ALISTAMIENTO EJECUCIÓN ENTREGA MÁQUINA ENTREGA PRODUCTO
1
2
34
5
6
SECTION H-H
SCALE 1 : 1
H
H
1
1
2
2
A A
B B
Rev.
Plan
oRe
v. Té
cnico
de La
bora
torio
Firma
Estu
diante
TABLA CONTROL DE CAMBIOSFECHA UBICACIÓN COTA INICIAL COTA FINAL FIRMA EST.
NOTA: Aplica para máximo 3 cotas, siempre y cuando estas no afecten drásticamente el diseño de la pieza y el tiempo de fabricación.
Facultad de IngenieríaDepto. Ing. Mecánica
Nombre del proyecto: Nombre de la pieza:Hidrociclón Hidrociclón - Parte 1Material:ABS
CANT:
1 A4 Escala:
1:1Código plano:
Unidades en [mm] - Ángulos en [°]Tolerancias generales ±0,5mm
TIEMPOEQUIPO
Nombre del Estudiante: Código:E-mail: Celular:Nombre del Curso:Nombre Profesor:
Observaciones: Fecha Solicitud Servicio: Fecha Reserva Servicio:
Dimensiones Materia Prima:.
Valentina Garzon [email protected] .
Proyecto de gradoGiacomo Barbieri
TABLA DE REGISTRO TIEMPOS:
ALISTAMIENTO EJECUCIÓN ENTREGA MÁQUINA ENTREGA PRODUCTO
77.63
40.03
36.51
28.11
60.00
14.00
3.006 x
40.00
90.00
48.51
4.00
33.00
R2.00
10.00
100.0°
60.0°
SECTION J-J
SCALE 1 / 2
J
J
1
1
2
2
A A
B B
Rev.
Plan
oRe
v. Té
cnico
de La
bora
torio
Firma
Estu
diante
TABLA CONTROL DE CAMBIOSFECHA UBICACIÓN COTA INICIAL COTA FINAL FIRMA EST.
NOTA: Aplica para máximo 3 cotas, siempre y cuando estas no afecten drásticamente el diseño de la pieza y el tiempo de fabricación.
Facultad de IngenieríaDepto. Ing. Mecánica
Nombre del proyecto: Nombre de la pieza:Hidrociclón Hidrociclón - Parte 2Material:ABS
CANT:
1 A4 Escala:
1:2Código plano:
Unidades en [mm] - Ángulos en [°]Tolerancias generales ±0,5mm
TIEMPOEQUIPO
Nombre del Estudiante: Código:E-mail: Celular:Nombre del Curso:Nombre Profesor:
Observaciones: Fecha Solicitud Servicio: Fecha Reserva Servicio:
Dimensiones Materia Prima:.
Valentina Garzon [email protected] .
Proyecto de gradoGiacomo Barbieri
TABLA DE REGISTRO TIEMPOS:
ALISTAMIENTO EJECUCIÓN ENTREGA MÁQUINA ENTREGA PRODUCTO
10.00
110.00
4.004.00
100.0°
28.11
63.37
69.18
72.70
108.51
94.00
77.63
R30.00
3.006 x
39.6336.11
3.006 x
R2.00
10.00
60.0°
SECTION H-H
SCALE 1 / 2
H
H
1
1
2
2
A A
B B
Rev.
Plan
oRe
v. Té
cnico
de La
bora
torio
Firma
Estu
diante
TABLA CONTROL DE CAMBIOSFECHA UBICACIÓN COTA INICIAL COTA FINAL FIRMA EST.
NOTA: Aplica para máximo 3 cotas, siempre y cuando estas no afecten drásticamente el diseño de la pieza y el tiempo de fabricación.
Facultad de IngenieríaDepto. Ing. Mecánica
Nombre del proyecto: Nombre de la pieza:Hidrociclón Hidrociclón - Parte 3Material:ABS
CANT:
1 A4 Escala:
1:2Código plano:
Unidades en [mm] - Ángulos en [°]Tolerancias generales ±0,5mm
TIEMPOEQUIPO
Nombre del Estudiante: Código:E-mail: Celular:Nombre del Curso:Nombre Profesor:
Observaciones: Fecha Solicitud Servicio: Fecha Reserva Servicio:
Dimensiones Materia Prima:.
Valentina Garzon [email protected] .
Proyecto de gradoGiacomo Barbieri
TABLA DE REGISTRO TIEMPOS:
ALISTAMIENTO EJECUCIÓN ENTREGA MÁQUINA ENTREGA PRODUCTO
3.006 x
60.0°
116.00
100.00
70.00
63.37
108.51
3.006 x
94.00
60.0°
75.30
71.37
110.00
10.00 18.80
4.00
4.00
101.1°
R2.00
10.00
78.40
SECTION H-H
SCALE 1 / 2
H
H
1
1
2
2
A A
B B
Rev.
Plan
oRe
v. Té
cnico
de La
bora
torio
Firma
Estu
diante
TABLA CONTROL DE CAMBIOSFECHA UBICACIÓN COTA INICIAL COTA FINAL FIRMA EST.
NOTA: Aplica para máximo 3 cotas, siempre y cuando estas no afecten drásticamente el diseño de la pieza y el tiempo de fabricación.
Facultad de IngenieríaDepto. Ing. Mecánica
Nombre del proyecto: Nombre de la pieza:Hidrociclón Hidrociclón - Parte 4Material:ABS
CANT:
1 A4 Escala:
1:2Código plano:
Unidades en [mm] - Ángulos en [°]Tolerancias generales ±0,5mm
TIEMPOEQUIPO
Nombre del Estudiante: Código:E-mail: Celular:Nombre del Curso:Nombre Profesor:
Observaciones: Fecha Solicitud Servicio: Fecha Reserva Servicio:
Dimensiones Materia Prima:.
Valentina Garzon [email protected] .
Proyecto de gradoGiacomo Barbieri
TABLA DE REGISTRO TIEMPOS:
ALISTAMIENTO EJECUCIÓN ENTREGA MÁQUINA ENTREGA PRODUCTO
116.00
100.00
60.0°
3.006 x
86.00
33.00
23.80
33.00
4.00
70.00
72.51
7.7°
158.00
R2.00
40.00
28.00
10.00
77.60
1
1
2
2
A A
B B
Rev.
Plan
oRe
v. Té
cnico
de La
bora
torio
Firma
Estu
diante
TABLA CONTROL DE CAMBIOSFECHA UBICACIÓN COTA INICIAL COTA FINAL FIRMA EST.
NOTA: Aplica para máximo 3 cotas, siempre y cuando estas no afecten drásticamente el diseño de la pieza y el tiempo de fabricación.
Facultad de IngenieríaDepto. Ing. Mecánica
Nombre del proyecto: Nombre de la pieza:Banco de pruebas Ensamble bancoMaterial:. CANT:
1 A4 Escala:
1:12Código plano:
Unidades en [mm] - Ángulos en [°]Tolerancias generales ±0,5mm
TIEMPOEQUIPO
Nombre del Estudiante: Código:E-mail: Celular:Nombre del Curso:Nombre Profesor:
Observaciones: Fecha Solicitud Servicio: Fecha Reserva Servicio:
Dimensiones Materia Prima:.
Valentina Garzon [email protected] .
Proyecto de gradoGiacomo Barbieri
TABLA DE REGISTRO TIEMPOS:
ALISTAMIENTO EJECUCIÓN ENTREGA MÁQUINA ENTREGA PRODUCTO
PARTS LIST
DESCRIPCIONPARTECANTIDADITEM
CodoASTM D 2466 90 Deg
Elbow Socket-Type -
Schedule 40 1
21
TeeASTM D 2466 Tee
Socket-Type - Schedule
40 1
12
Valvula de compuertaJIS B 2051 Screwed
Gate Valve - 10K 1
33
ISO 4144 Unions with
taper seat U4 1
34
Bomba15
TuberiaASTM D 1785 Pipe 1 -
Schedule 40 - 35
6
Hidrociclon17
Balde 118
Manometro29
Balde 2210
Manguera111
1
1
2
2
A A
B B
Rev.
Plan
oRe
v. Té
cnico
de La
bora
torio
Firma
Estu
diante
TABLA CONTROL DE CAMBIOSFECHA UBICACIÓN COTA INICIAL COTA FINAL FIRMA EST.
NOTA: Aplica para máximo 3 cotas, siempre y cuando estas no afecten drásticamente el diseño de la pieza y el tiempo de fabricación.
Facultad de IngenieríaDepto. Ing. Mecánica
Nombre del proyecto: Nombre de la pieza:Banco de pruebas Ensamble bancoMaterial:. CANT:
1 A3 Escala:
1:12Código plano:
Unidades en [mm] - Ángulos en [°]Tolerancias generales ±0,5mm
TIEMPOEQUIPO
Nombre del Estudiante: Código:E-mail: Celular:Nombre del Curso:Nombre Profesor:
Observaciones: Fecha Solicitud Servicio: Fecha Reserva Servicio:
Dimensiones Materia Prima:.
Valentina Garzon [email protected] .
Proyecto de gradoGiacomo Barbieri
TABLA DE REGISTRO TIEMPOS:
ALISTAMIENTO EJECUCIÓN ENTREGA MÁQUINA ENTREGA PRODUCTO
5
8
10
3
9
7
9
3
3
1
4
4
4
1
2
11
10
6