UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN SIMON

FACULTAD DE CIENCIAS Y TECNOLOGIA

CARRERA DE INGENIERIA QUÍMICA

DESINTEGRACION MECANICA

Estudiante: Grupo 1

Docente: Ing. Nelson Hinojosa Salazar

Asignatura: Laboratorio de Operaciones

Unitarias II

Fecha: 15 de Octubre de 2012

Cochabamba - Bolivia

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INDICE1.- INTRODUCCION...........................................................................................3

2.- ANTECEDENTES..........................................................................................3

3.- OBJETIVOS...................................................................................................4

3.1 Objetivo General........................................................................................4

3.2 Objetivos específicos.................................................................................4

4.- DESARROLLO DEL TRABAJO.....................................................................5

4.1 Definición de desintegración mecánica.....................................................5

4.2 Principios generales...................................................................................5

4.3 Criterios de la desintegración mecánica....................................................6

4.4 Requerimientos de energía y potencia en la desintegración.....................6

4.5 Leyes Empíricas.........................................................................................7

4.5.1 Ley de Rittinger....................................................................................7

4.5.2 Ley de Kick..........................................................................................7

4.5.3 Ley de Bond e índice de trabajo..........................................................7

4.6 Trituración y molienda................................................................................8

4.7 Clasificación de la maquinaria de trituración y molienda...........................8

4.7.1 Quebrantadores de mandíbulas..........................................................9

4.7.2 Trituradores giratorios........................................................................10

4.7.3 Quebrantador de rodillos lisos...........................................................11

4.7.4 Trituradores de disco o cono.............................................................11

4.7.5 Molinos de muelas.............................................................................12

4.7.6 Molinos de martillos...........................................................................13

4.7.7 Molinos centrífugos............................................................................13

4.7.8 Molino de bolas y de tubos................................................................14

5.- CALCULOS..................................................................................................14

6.- CONCLUSIONES........................................................................................16

7.- BIBLIOGRAFIA............................................................................................16

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1.- INTRODUCCIONActualmente en la industria se considera necesario desmenuzar los sólidos,

mediante la aplicación de fuerzas mecánicas. Las razones para esta reducción

de tamaño son varias; además que se aplican a varios sectores, tales como:

las industrias alimentarias, la minería, construcción, cerámicas, etc.

 

La reducción de tamaño puede facilitar la extracción de un determinado

constituyente deseado, presente en una estructura compleja, como sucede, por

ejemplo en la obtención de harina a partir de granos de trigo, o de jarabe, a

partir de caña de azúcar.

 

La reducción a un tamaño definido puede constituir una necesidad específica

de producto, como sucede, por ejemplo, en la elaboración del azúcar para

glasear, en la preparación de especias y en el refinado del chocolate.

 

Una disminución del tamaño de partícula de un material aumenta la superficie

del sólido, lo que resulta favorable en muchos procesos de velocidad (el tiempo

de secado de los sólidos húmedos se reduce mucho aumentando su área

superficial, la velocidad de extracción de un soluto deseado crece al aumentar el

área de contacto entre el sólido y el disolvente., el tiempo necesario para

ciertas se puede reducir troceando los productos sometidos al proceso).

 

2.- ANTECEDENTESLa importancia de la reducción tamaño en los procesos industriales es enorme,

ya que interviene como una de las operaciones más costosas en cuanto a

consumo de energía se refiere, debido a esto se debe optimizar el proceso,

conociendo las variables que lo afectan. El objetivo primordial de un proceso

económico de reducción de tamaño es lograr la reducción deseada al costo

mínimo.

Debido a que el consumo de energía depende de los tamaños final e inicial de

las partículas se debe evaluar el tamaño final deseado con el fin de no reducir

el tamaño más de lo necesario.

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Al diseñar las características del proceso del que se trate, es obligado

considerar los diferentes equipos utilizables. En general, será necesario

conocer las características de los productos de partida, de las maquinas

existentes y de los productos finales.

Las aplicaciones relacionadas a la desintegración mecánica son mucho más

variadas si las partículas son de tamaño más pequeño, se constituye una

consideración importante en la elaboración de algunos preparados, como

sopas empaquetadas, mezcla para biscochos, etc.; de forma que se aporta con

el desarrollo económico- tecnológico.

3.- OBJETIVOS

3.1 Objetivo General

Desintegrar mecánicamente sólidos granulares, específicamente semillas de

molle.

3.2 Objetivos específicos

Realizar balances de masa respecto al ingreso y salida de semillas de

molle.

Determinar la potencia teórica del motor y compararla con el valor

proporcionado en el equipo.

Controlar y registrar el tiempo de desintegración, para asociarlo con el

costo que genera.

Verificar las leyes empíricas definidas para la desintegración mecánica.

Aumentar el área superficial de las semillas de molle.

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4.- DESARROLLO DEL TRABAJO

4.1 Definición de desintegración mecánica

La desintegración mecánica se define como la operación unitaria destinada a la

generación de partículas cuya área superficial se ve aumentada. Este tipo de

operación se fundamenta en ciertas leyes empíricas.

La separación, por fractura, de minerales o cristales de compuestos químicos,

que se hallan íntimamente asociados en el estado sólido, es denominada

también como molturación, pulverización, molienda, entre otros. Por tanto las

partículas sólidas son cortadas, rotas, trituradas en partículas más pequeñas;

mediante la aplicación de fuerzas de rotura:

compresión

impacto

corte

frotación o rozamiento

4.2 Principios generales

Naturaleza de las fuerzas utilizadas en la reducción de tamaño

En general, se pueden distinguir tres tipos de fuerzas. Los tipos de fuerzas

que predominan en algunas de las trituradoras de uso frecuente en la industria

alimentaria son las siguientes:

Fuerza Principio Aparato

Compresión Compresión

(cascanueces)

Rodillos trituradores

Impacto Impacto (martillo) Molino de martillos

Cizalla Frotamiento (piedra de

molino)

Molino de discos

Las fuerzas de compresión se utilizan para la trituración grosera de productos

duros. Las fuerzas de impacto se pueden considerar de uso general,

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empleándose en la molienda fina, media, y gruesa de muy diversos productos

alimenticios. Las fuerzas de cizalla en aparatos para la trituración de productos

blandos, no abrasivos, para obtener piezas de tamaños muy pequeños, es

decir, en la molienda fina

4.3 Criterios de la desintegración mecánica

4.4 Requerimientos de energía y potencia en la desintegración

Durante la reducción de tamaño, las partículas del material de alimentación son

primeramente distorsionadas. El trabajo necesario para forzarlas se almacenan

temporalmente en el sólido como energía mecánica de tensión.

Al momento de practicar una fuerza adicional a las partículas tensionadas,

estas se distorsionan más allá de su resistencia final y bruscamente se rompen

en fragmentos, dando paso a la formación de nuevas superficies.

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4.5 Leyes Empíricas

4.5.1 Ley de RittingerSegún esta ley, “El área de la nueva superficie producida por el nuevo

machaqueo o molienda es directamente proporcional al trabajo útil consumido”,

es decir el trabajo de fragmentación es proporcional a la suma de las nuevas

superficies producidas.

Matemáticamente se expresa:

w = Energía consumida en la operación.Lf = Dimensión de las partículas después de la reducción.Li = Dimensión de las partículas antes de la reducción.η = Rendimiento. z = Factor de proporcionalidad.J = Factor de forma.𝟄 = Factor de huecos

Esta ley sólo es aplicable a la fragmentación de partículas finas.

4.5.2 Ley de KickEsta ley dice que “El trabajo requerido es directamente proporcional a la

reducción de volumen entre las partículas antes y después de la operación de

fragmentación o molienda”, es decir proporcional a la variación de volumen de

las partículas.

Matemáticamente se expresa:

w = Energía consumida en la operación.

Lf = Dimensión de abertura de malla por la que pasa el 80 % del material

fragmentado.

Li = Dimensión de abertura de malla por la que pasa el 80 % del material de

alimentación.

Β = Coeficiente dependiente de la materia prima, el tipo de equipo y de

operación realizada.

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4.5.3 Ley de Bond

Uno de los métodos considerado más realista para estimar la energía

necesaria para la trituración y molienda fue propuesta por Bond, puesto que el

trabajo que se requiere para formar partículas de un tamaño a partir de una

alimentación muy grande, expresada como:

w = Energía consumida en la operación.

wi = Índice de trabajo.

Lf = Dimensión de abertura de malla por la que pasa el 80 % del material

fragmentado.

r = relación de desintegración (Li/Lf).

4.6 Trituración y molienda

Son operaciones cuyo objetivo es reducir el tamaño de los

elementos en los que se presenta un sólido (Costa J., p. 83).

La reducción de tamaño se basa en someter los trozos de material a esfuerzos

de compresión, impacto, cortado, cizalladura y fricción.

Las trituradoras tratan los grandes pedazos de material y se basan en

esfuerzos de compresión. Los principales tipos por orden de mayor a menor

tamaño de partícula aceptada son:

Trituradoras de mandíbula: consta de una placa fija y otra móvil

oscilante.

Trituradoras rotatorias.

Trituradoras de rodillos lisos.

Trituradoras de rodillos dentados.

Los molinos son aparatos que reducen el tamaño de los trozos de material

por fricción e impacto con elementos móviles del interior del molino. Consiguen

tamaño de partículas del orden de 1 mm.

Los principales modelos son:

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Molinos de bolas. Contiene una cierta cantidad de bolas de un material

muy duro (cerámica, acero) que trituran el material al gira el cuerpo del

molino.

Molinos de barras. Son largos cilindros horizontales con rotación axial,

que contiene barras de acero de longitud igual a la del molino.

Molinos de martillo. Contiene en su interior martillos oscilantes que

golpean al material que gira en el molino.

Molinos de chorro. La molienda se lleva a cabo al introducir las

partículas en una fuerte corriente de aire y chocar entre si. Se usan

para obtener un elevado porcentaje de partículas finas.

4.7 Clasificación de la maquinaria de trituración y molienda

Los diferentes dispositivos pueden clasificarse en los siguientes tipos:

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4.7.1 Quebrantadores de mandíbulas Es un equipo utilizado para reducir el tamaño de rocas de grandes. Consta de

dos placas, una móvil que presiona fuerte y rápido a otra que es fija, con el fin

de fracturar el material que se encuentra entre ambas. La que se mueve aplica

un esfuerzo superior al que la roca puede soportar antes de deformarse

elásticamente, dando lugar a una deformación plástica y posterior

quebramiento.

Poseen una gran abertura de recepción, su forma le favorece la alimentación

de rocas de tamaño grande. Esto le da una ventaja sobre la quebrantadora

giratoria.

A partir del movimiento de la mandíbula móvil, los quebrantadores de

mandíbula se clasifican en:

Quebrantadores Blake: El pivote está sujeto en la parte superior,

por lo cual tiene un arma de entrada fija.

Quebrantadores Dodge: El pivote está sujeto en la parte inferior,

dando un área de admisión variable pero otro de descarga fija.

Quebrantadores Universal: El pivote está sujeto al medio.

Quebrantador Blake

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4.7.2 Trituradores giratorios

Es una máquina rotativa en lugar de alternativa, y tiene una capacidad por

unidad de área de descarga mayor que el quebrantador alternativo de

mandíbulas. Por estas razones el triturador giratorio utiliza mucho para el

troceo previo de rocas duras.

4.7.3 Quebrantador de rodillos lisosLos rodillos trituradores se han adoptado como el tipo normal que sigue al

triturador giratorio. El rodillo móvil se mueve principalmente por fricción con el

material que se tritura.

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4.7.4 Trituradores de disco o conoSon semejantes en principio a los giratorios, pero están modificados para

admitir una alimentación y dar un producto más pequeño. Pueden trabajar con

el eje principal vertical u horizontalmente.

Cortador rotatorio de cuchillas

4.7.5 Molinos de muelas

Unos brazos horizontales salen de este poste, a los que van unidas unas

pesadas piedras por medio de unas cadenas. Una mula o un buey uncido a un

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largo brazo hace que el situado sobre el suelo. Este dispositivo primitivo se

utilizó ampliamente y está fuera de uso actualmente, pero varios de los

dispositivos más utilizados se han

desarrollado a partir de él.

4.7.6 Molinos de martillos

Operan más por impacto que por presión. El eje se hace girar a alta velocidad y

la fuerza centrífuga hace que los martillos salgan hacia fuera de los platos. El

material frágil o friable, es golpeado por impacto contra los platos rompedores o

contra las barras, se rompe y cae a través del tamiz.

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4.7.7 Molinos centrífugos

La moliendo se hace por una o más muelas rotativas que ejercen una presión

sobre el material y lo trituran total o parcialmente por molienda fina, el

Raymond combina en una sola unidad una máquina de moler y un separador

de aire. Las cabezas muelen por acción de laminado en lugar de acción de

frotamiento. Todas las partes deben proyectarse muy cuidadosamente para

asegurar que todas las superficies sobre las que existe rozamiento están libres

de polvo.

4.7.8 Molino de bolas y de tubosLa distinción entre estos dos tipo es únicamente por la relación entre la longitud

y el diámetro. El molino de bolas tiene una longitud igual al diámetro, mientras

que el molino de tubo tiene una longitud de aproximadamente dos diámetros o

mayor, consisten en un cilindro horizontal que contiene bolas de porcelana.

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5.- CALCULOS

Para el cálculo de los parámetros especificados en los objetivos se puso en

práctica el siguiente procedimiento experimental:

Inicialmente se registraron datos del diámetro de las semillas de molle y

de los agujeros de la malla del desintegrador; para ello se utilizó un

vernier.

También se registró el voltaje utilizado para la operación tanto de

manera analógica como digital, obteniendo un valor de 380 V (trifásico).

Cuando se dio inicio a la operación de desintegración de las semillas de

molle se controlaron las siguientes variables: tiempo (min) y corriente

(A), con el objeto de obtener la potencia del desintegrador y el costo de

operación.

Es importante considerar los tiempos de limpieza; si no se aplicarán

tiempos de limpieza se presentarían dificultades de operación.

Los datos obtenidos en la práctica se muestran a continuación:

Diámetro de las semillas de molle: entre 3,15 a 4,20 mm.Diámetro de los agujeros de la malla: entre 4 a 4,80 mm.

  TIEMPO t (min)

CORRIENTE I (A)

F1 1 14F2 2 15F3 3 22F1 4 27F2 5 10F3 6 27F1 0 13

15

F2 1 15F3 2 16F1 3 0F2 4 0F3 5 0

A continuación se muestra el cálculo de la potencia del desintegrador:

  TIEMPO t (min)

CORRIENTE I (A)

POTENCIA (w): I*V

POTENCIA (HP)

F1 1 14 5320 7,13F2 2 15 5700 7,64F3 3 22 8360 11,21F1 4 27 10260 13,75F2 5 10 3800 5,09F3 6 27 10260 13,75F1 0 13 4940 6,62F2 1 15 5700 7,64F3 2 16 6080 8,15F1 3 0 0 0,00F2 4 0 0 0,00F3 5 0 0 0,00

Tiempo de operación: t = 24 min.

Tiempo de limpieza: t = 9,23 min.

Voltaje: 380 V

Gasto de energía promedio = 6,75 HP.

ELFEC establece en Cochabamba la siguiente tarifa para cargo fijo de

0,75 Bs. por 2 KWh/día.

En este caso existió un consumo promedio de 6,75 HP = 5,035 Kw en

24 min.

Costo de operación:

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Es decir 2,014 kWh/día, lo que representan 0,75 Bs (22,42 Bs por 60

kWh/mes).

Ahora, también se registró la entrada y salida de materia prima (semillas de

molle):

Entrada: 86 Kg.

Salida: 85 Kg.

Teniendo una pérdida de 1 Kg de Semilla de Molle.

6.- CONCLUSIONESTras el desarrollo teórico experimental se pudo llegar a las conclusiones

siguientes:

Se logro desintegrar mecánicamente las semillas de molle, que tenían

un diámetro inicial de 3,15 a 4,2 mm; hasta obtener partículas finas.

El balance de masa permitió determinar una pérdida de 1 Kg de semillas

de molle, producto de descuidos de operación, perdidas en el mismo

equipo que pudieron quedar retenidas o partículas desintegradas

arrastradas por el viento la no trabajar en un ambiente cerrado.

La potencia teórica del motor dio un valor 6,75 HP, lo que constituye un

costo de 22,42 Bs por 60 kWh/mes.

7.- BIBLIOGRAFIA

Costa J., Cervera S., Cunill F., Esplugas F., Mans C., Mata J.; 1991;

Ingeniería Química, Introducción a los procesos, las operaciones

unitarias y los fenómenos de transporte; Editorial Reverte S.A.;

Barcelona.

E. C. Blanc; Tecnología de los Aparatos de Fragmentación y de

clasificación Dimensional, Colección rocas y minerales; Madrid.

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Gracia E.; 2006; Operaciones básicas: Manual de aula; Editorial

Universidad Politécnica de Valencia; España.

J. M. Coulson, J. F. Richardson, J. R. Backhurst, J. H. Harker.;

Ingeniería Química 2: Unidades SI, operaciones básicas, Volumen 1.

Waganoff; Trituración, Molienda y Separación de Minerales; Editorial

Alsina. Manual de preparación de Minerales.

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