Informe 1 operaciones

8/17/2019 Informe 1 operaciones

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INFORME DE LABORATORIO – ÍNDICE DE MEZCLA

Operaciones Unitarias IIUniversidad de la Sabana

Laura Viviana Martínez – [email protected]

Andrés elipe !arv"ez #orres $ [email protected] Octavio Osorio %e&a – [email protected]

RESUMEN

En la práctica de laboratorio se utilizó un agitador de ancla, para mezclar unasolución de 300g de almidón con 900g de agua. Se hicieron mediciones de laconcentración en tres puntos diferentes cada 30 segundos, posteriormente sedejaron secando en un horno a 80! durante "# horas, $ luego se determinó elcontenido de humedad de cada muestra. % partir de estos resultados, seidenti&caron sus respecti'as des'iaciones $ los (ndices de mezcla ) $ ", $dichos datos fueron comparados con tres grupos más, los cuales manejarondiferentes 'elocidades $ diferentes agitadores. !omo resultado se identi&có*ue el mejor (ndice de mezcla se obtu'o con una 'elocidad de agitación # $ unagitador de ancla.+ara mejorar los resultados obtenidos, es necesario mejorar la toma demuestras, el manejo del e*uipo $ aumentar el nmero de datos, para alcanzarun comportamiento más preciso de la mezcla.

Palabras claves: (ndice de mezcla, mezcla almidón-agua.

ABSTRACT

n the lab anchor stirrer used to mi/ a solution of 300g ater 900g starch.1easurements ere made at three di2erent concentrations e'er$ 30 seconds,then alloed to dr$ in an o'en at 80 ! for "# hours, and then moisturecontent determined for each sample. rom these results, ere identi&ed andtheir respecti'e de'iations mi/ture indices ) and ", and these data erecompared ith three groups, hich handled di2erent speeds and agitators. %sa result it as found that the best mi/ture ratio as obtained ith a stirringspeed of # and an anchor stirrer.

4o impro'e the results, it is necessar$ to impro'e the sampling, handling

e*uipment and increase the number of data to achie'e a more accuratebeha'ior of the mi/ture.

Key!r"s: 1i/ing inde/, starch-ater mi/ture.


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INTRODUCCI#N

El mezclado es una operación unitaria fundamental en la ma$or(a de procesos*u(micos $ alimenticios, de ah( el 5/ito de muchas operaciones en la industria*ue dependen de una e&caz mezcla $ agitación de 6uidos. 7a mezcla del(*uidos depende de la creación de corrientes de 6ujo *ue transportan elmaterial no mezclado hasta la zona de mezcla ad$acente al agitador, por otrolado en el caso de las pastas 'iscosas o masas de part(culas solidas no seproducen dichas corrientes $ el mezclado se lle'a a cabo por otrosprocedimientos *ue re*uieren ma$or energ(a. En el mezclado de pastas, elproducto consta de dos o más fases fácilmente identi&cables, es decir *ue altomar aleatoriamente muestras de este, diferirán en su composición 1c!abe,Smith, :arriot;.!iertas propiedades de un material como el espesamiento, la adherencia $humectabilidad son tan importantes como la 'iscosidad $ la densidad enprocesos de mezclado. :a$ gran 'ariedad de mezcladores de pastas $ masas

dise


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lugares de la pasta mezclada, la concentraciones $ una serie de cálculos *uenos determinan el (ndice de mezcla para pastas, el cual permite cuanti&car lahomogeneidad de la mezcla, el tiempo de mezclado $ la e&cacia del mezclador1c!abe, Smith, :arriot; 1ezclado de sólidos;.

El objeti'o de este trabajo consistió en la obser'ación del comportamiento deuna mezcla de almidón $ agua tomando tres muestras al azar en puntosaleatorios en tres tiempos diferentes con una 'elocidad constante.+osteriormente se dejaron secar las muestras $ se realizaron los respecti'oscálculos de Fndice de mezcla respecti'os.

MARCO CONCEPTUAL

El e*uipo de mezclado para pastas, caucho $ masas plásticas se utiliza cuandoel material es demasiado 'iscoso o plástico para 6uir fácilmente hasta la zonade succion de un agitador $ no se pueden crear corrientes de 6ujo. En estoscasos, el material tiene *ue ser conducido hasta el agitador, o bien el agitadortiene *ue recorrer todas las partes del sistema de mezclado.

En la batidora, *ue fue en instrumento manejado en la práctica, el caso ocubeta son estacionarios. El agitador tiene un mo'imiento planerario. %medida *ue gira tambi5n se dezplaza de forma *ue recorre todas las partes del'aso 1c!abe, Smith, :arriot;. 7as batidoras se dise


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7a relación entre el dispositi'o de mezclado $ las propiedades deseadas para elmaterial mezclado 'ar(a ampliamente de un caso a otro. % 'eces se re*uiere unmu$ alto grado de uniformidad, otras una rápida acción de mezclado o, incluso,un consumo m(nimo de energ(a.

!onsid5rese una pasta a la *ue se ha a


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uenteG 1c!abe, Smith, :arriot;

Ntro modo de hallar el (ndice de mezcla se da por la siguiente fórmulaG

X 2

=1−S

S0

CondeG

S 'C ' %

1−C

S2

=C ¿ (

Conde ! M +romedio de concentración en el tiempo /.

% continuación se muestran los agitadores usados en la práctica de laboratorioG

A)&*a"!res +sa"!s e, la -r.c*&ca "e lab!ra*!r&! /De "erec0a a&12+&er"a: A)&*a"!r "e a,cla y a)&*a"!r "e )l!b!(3

MATERIALES 4 M5TODOS

Ma*er&al Ca,*&"a"

%lmidón 300 g%gua 900g%gitador de %ncla )mlOoteros 9!ajas de petri 9=alanza analitica ):orno de secado. )

Mezclado Almidón-Agua


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6r+-! A)&*a"!r 7el!c&"a"A,"r8s Narv.e1 %ncla #

Ale9a,"ra Cabrera %ncla "Da,&el Cabrales %ncla "

;+l&., Mac0+ca Olobo I

P7os datos de este grupo no fueron tomados en cuenta para realizar el análisisde datos debido a un error reportado por ellos al momento de calcular el pesoseco, lo cual conlle'ó a generar un dato at(pico en todas las grá&cas.

RESULTADOS 4 AN


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6r.=ca >3 Desv&ac&?, 7S *&e@-!

0 )0 "0 30 #0 L0 I00

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3

3.L

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T&e@-! /s(

Desv&ac&!,

En la grá&ca ) podemos obser'ar la 'ariación de la des'iación estándar conrespecto al tiempo a 'elocidades de I, # $ ". El comportamiento presentadopor la 'elocidad # muestra *ue en tiempo 0 se ten(a una baja segregación delos datos de concentración respecto al promedio aritm5tico de los mismos,para despu5s a un tiempo de 30 segundos tener una ligera alza en el mismo,pero *ue al &nal en el tiempo I0 'uel'e a disminuir. El comportamiento deltiempo 0 puede deberse a *ue el mezclado realizado al almidón antes deiniciar a tomar los datos fue mu$ fuerte, lo *ue ocasionó una tempranahidratación del sólido. %l iniciar el mezclado se realizó un mo'imiento de laspart(culas del almidón en el agua, ocasionando *ue estas se distribu$eran deuna forma diferente en toda la muestra, aumentando ligeramente lades'iación de los datos. Sin embargo, a medida *ue transcurr(a el tiempo laconcentración se homogenizaba en la muestra, logrando *ue una 'ez más sedisminu$a la des'iación estándar.

El mismo análisis se aplica para la 'elocidad I, puesto *ue inicia $ &naliza conuna des'iación estándar menor a la calculada en un tiempo de I0s. Seesperaba *ue el comportamiento de la des'iación estándar fuera in'erso a la'elocidad aplicada, por lo *ue la a una 'elocidad de I la des'iación deber(a sermenor a la de 'elocidad #, no obstante, el resultado fue contrario al esperado.Esto se debe al tipo de agitador usado, por lo *ue se puede a&rmar *ue elagitador de ancla logra una ma$or homogeneidad de almidón en agua *ue elde globo, puesto *ue logra una menor segregación de los datos respecto alpromedio de las concentraciones.

En cuanto a la 'elocidad " presenta un comportamiento t(pico hasta los 30 s,puesto *ue la des'iación estándar disminu$ó desde el tiempo 0, pero estecomportamiento cambio a los 30 segundos $a *ue la des'iación aumentóconsiderablemente. Cicho resultado podr(a deberse a errores al momento de latoma de las muestras para hallar la concentración en cada punto, o a *ue cadagrupo tomó los datos en puntos diferentes de las muestras, lo *ue genera unapropagación del error mucho ma$or


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I,"&ce "e @e1cla

En la segunda grá&ca se obser'a el comportamiento del (ndice de mezcla,para las tres 'elocidades analizadas, en tres tiempos diferentes. El (ndice demezcla deber(a aumentar a medida *ue se aumenta el tiempo $ a su 'ezdeber(a ser ma$or cuando se utiliza una 'elocidad más alta.

Ce acuerdo con esto, la 'elocidad # es la *ue presenta un (ndice de mezclama$or a los I0 segundos, una de las razones por la cual ocurre esto es el tipode agitador *ue se utilizó, $a *ue en la 'elocidad # se usó ancla se e'idencia*ue esta presenta un ma$or mezclado. %demás, nue'amente se obser'a *ueel mezclado pre'io afecta signi&cati'amente, $a *ue en el tiempo 0 se obser'a

un (ndice ma$or al del tiempo 30, debido a *ue pre'iamente a la toma dedatos se aumentó demasiado la 'elocidad, lo cual aumenta proporcionalmenteeste (ndice, $ probablemente es el mismo problema *ue se tiene con la'elocidad I. 7a diferencia principal entre la 'elocidad # $ I, es el agitador.%un*ue las re'oluciones por segundo en la 'elocidad I sean ma$ores, el (ndicede mezcla sigue siendo ma$or para la 'elocidad #, lo cual nos indica *ue paraeste ensa$o es mejor el uso de un agitador de ancla *ue de globo.

+or otro lado, se puede corroborar *ue la toma de datos de la 'elocidad " nose realizó adecuadamente, debido a *ue el (ndice de mezcla &nal es menor alobtenido en el tiempo cero. +or lo cual, no es posible realizar el respecti'oanálisis, ni comparar los resultados con las demás 'elocidades.

En t5rminos generales se obser'ó *ue este primer (ndice de mezcla no essu&ciente criterio para saber si se alcanzó la homogeneidad en la mezcla,puesto *ue en ninguna de las cur'as alcanza un comportamiento *ue sepueda tomar como constante. Esto se puede deber a *ue no se tomó unnmero su&ciente de datos para determinar si se alcanza un 'alor constante.+or dicha razón, se determinará el (ndice de mezcla ".


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7a grá&ca 3 como se desen'uel'o el factor S0 a lo largo del tiempo de toma demuestras del ensa$o. Este factor está ligado al promedio de lasconcentraciones tomadas en los tres puntos diferentes de las muestras, por lo*ue la grá&ca re6eja *ue en general los promedios de cada una de lasmuestras no tu'o un cambio signi&cati'o a tra'5s del tiempo de obser'acióndel ensa$o. Se puede obser'ar *ue las muestras con agitadores de placasposeen los S0 ma$ores respecto a la muestra con agitador de globo, por lo *uese puede analizar *ue este factor más *ue depender de la 'elocidad deagitación depende del tipo de agitador se use.

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7a grá&ca # muestra el (ndice de mezcla " de cada 'elocidad con la *ue serealizó el ensa$o. Cada la formulación de este (ndice, se espera *ue el 'alor seacer*ue a ) a medida *ue pasa el tiempo, lo *ue indicará *ue el proceso demezclado se está lle'ando a cabo de una manera correcta, $ al alcanzar dicho'alor, se podr(a detener. 7a 'elocidad # mostró desde el comienzo un 'alor


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mu$ alto de (ndice de mezclado, $ el mismo se mantu'o a lo largo del ensa$o,teniendo un rango de 0,98 a 0,99, lo cual es un 'alor bastante cercano a unamezcla homog5nea. Cicho comportamiento puede deberse a la agitaciónpre'ia al tiempo 0 *ue se le realizó a la mezcla, lo cual deja en e'idencia *uedicho tratamiento fue demasiado fuerte, realizando una mezcla homog5neadesde el comienzo.

7a 'elocidad I presentó un comportamiento similar en este aspecto, sinembargo, se obser'ó un 'alor menor de (ndice de mezclado para los trestiempos, lo cual corroboró el análisis realizado con la des'iación estándar ala&rmar *ue es un mejor agitador en este caso el de ancla *ue el de globo,puesto *ue se alcanzaron mejores resultados a una menor 'elocidad.

El comportamiento de la cur'a de 'elocidad " re6eja *ue no se estar(arealizando un proceso de mezclado, sino de desagregación, puesto *ue estedeber(a aumentar en 'ez de disminuir. Esto podr(a deberse a diferenteserroresG manejo de e*uipo, toma de muestras $ agitación pre'ia e/cesi'a.

AN


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Cadas las diferentes condiciones de laboratorio arbitrarias tomadas por cadagrupo, como lo son la agitación pre'ia al tiempo de muestreo 0 $ lasposiciones de toma de muestra, se e'idencio una gran propagación del error lo*ue conlle'o a obtener tendencias de datos bastante diferentes entre losgrupos. Se propone estandarizar estos procedimientos para lograr una mejortoma de muestras $ de posteriores resultados

BIBLIO6RAFÍA

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