RESUMENDentro del mbito de la ingeniera las operaciones con slidos constituyen un factor importante en distintos procesos a escala industrial y comercial. Mediante el siguiente laboratorio se buscan afianzar conceptos en cuanto a la manipulacin y trabajo de los slidos, as como sus distintas propiedades de partcula y masa de partcula. Se tendrn en cuenta conceptos como densidad aparente, densidad de partcula, esfericidad, porosidad, ngulo de reposo, factor de comprensibilidad, etc. Mediante procedimientos establecidos se hallaran experimentalmente algunas de estas propiedades para su posterior comparacin con datos tericos. La muestra de trabajo para el laboratorio consistir en granos de arroz y partculas de sal de mesa. PALABRAS CLAVES: partcula, forma, densidad, esfericidad, volumen, porosidad

KEY WORDS: particle shape, density, sphericity, volume, porosity.

OBJETIVOS

OBJETIVO GENERAL: Determinar y cuantificar las propiedades de los slidos como partculas y masa de partculas. OBJETIVOS ESPECFICOS: Medir el dimetro de partcula (Dp) y calcular el dimetro de partcula promedio (Dpe). Determinar el rea superficial y el volumen de cada partcula. Determinar la densidad de las partculas del material seleccionado. Determinar la densidad aparente. Hallar el factor de forma (a) de las partculas. Determinar el ngulo de reposo esttico y dinmico. Determinar porosidad y esfericidad del material de trabajo. Determinar las caractersticas de absorcin de agua del grano.

MARCO TEORICO: A continuacin se presentan algunos conceptos tenidos en cuenta para el buen desarrollo de la prctica:1. DENSIDAD DE PARTCULA:La densidad de las partculas o densidad real de un slido en partculas, es la densidad de las partculas que componen la muestra, en contraste con la densidad aparente, que mide la densidad media de un gran volumen de la muestra en un medio especfico.La densidad de la partcula es una cantidad relativamente bien definida, ya que no es dependiente del grado de compactacin del slido, mientras que la densidad aparente tiene valores diferentes dependiendo de si se mide en el estado libremente colocado o compactado la medicin de la densidad de las partculas se puede hacer por distintos mtodos uno de ellos es mediante el principio de Arqumedes en donde las partculas se colocan en el interior de volumen conocido, y se pesan. El picnmetro se llena entonces con un fluido de densidad conocida, en la que las partculas no son solubles. El volumen de la partcula se determina por la diferencia entre el volumen como se muestra por el picnmetro, y el Figura N1. Principio de ARQUIMEDESvolumen de lquido aadido (volumen desplazado).

2. DENSIDAD APARENTE: Se determina mediante el peso y el volumen de una masa de partculas empacadas. Se clasifica de acuerdo al grado de compactacin en: Densidad aireada, cuando las partculas son empacadas por gravedad y densidad empacada, cuando las partculas son sometidas a un periodos de vibracin por un tiempo determinado, con lo cual se consigue una disminucin de la porosidad del lecho.

3. POROSIDAD: Un lecho poroso est formado por un conjunto de partculas slidas que dejan huecos o conductos entre s, los cuales son ocupados por los fluidos. La porosidad del lecho se define como la relacin existente entre el volumen de huecos y el volumen total del lecho, siempre siendo < 1. La porosidad de un lecho de partculas depende de: Del grado como se hayan contactado los slidos, siendo mxima para un lecho aflojado y mnima para un lecho bien empaquetado. De la rugosidad de la partcula cuanto ms rugosa ms alta es la porosidad del lecho. Del tamao de las partculas, cuanto mayor es el tamao del slido, mayor es la porosidad. De la forma de la partcula, cuanto menor es la esfericidad, mayores la porosidad.

4. ESFERICIDAD: La forma de las partculas slidas est descrita con frecuencia por la esfericidad. El valor de la esfericidad para las esferas es de 1 y para las partculas no esfricas est definida como: Dp es el dimetro equivalente o dimetro nominal de la partcula. as es el rea de superficie de la partcula. Vp es el volumen de la partcula

En la siguiente tabla se dan los valores de esfericidad:Forma de la partculaEsfericidad

Esfera1

Cubo0.81

Cilindros

h=d0.87

h=5d0.70

h=10d0.58

Discos

h= d/30.76

h= d/60.60

h= d/100.47

Arena de playaTan alta como 0.86

Arena de rioTan baja como 0.53

Distintos tipos de arena0.75

Slidos triturados0.5-0.7

Fuente: Levelspiel, 1993 citado por (Ibarz & Barbosa-Cnovas, 2005)5. REA SUPERFICIAL: El rea superficial de un material es una propiedad de fundamental importancia ya que controla la interaccin qumica entre slidos y lquidos o gases. Determina, por ejemplo, la rapidez con que un slido se quema, cmo una sustancia en polvo se disuelve en un solvente, de qu manera los materiales de construccin resisten el clima, en qu grado un catalizador promueve una reaccin qumica, o con qu efectividad un adsorbente remueve una sustancia contaminante.

6. PORCENTAJE DE COMPRESIBILIDAD: La relacin entre las densidades aparente inicial y final. Este porcentaje representa indirectamente una idea de la cohesin, contenido de humedad, uniformidad de forma, tamao y rea superficial del polvo. Algunos autores sostienen que entre mayor sea la densidad aparente, menor sern las propiedades de flujo, al igual que la velocidad de empaquetamiento se obtiene graficando la densidad aparente respecto a su flujo. De esta forma, se tiene que a mayor velocidad de compactacin mayor flujo. Otros autores enuncian que los materiales con buen flujo alcanzan ms rpido la densidad aparente. 7. ANGULO DE REPOSO: Un mtodo rpido para estimar el comportamiento de una masa de partculas consiste en medir su ngulo de reposo. Si el slido se vierte desde una boquilla sobre una superficie plana, formar una pila aproximadamente cnica, y el ngulo formado por la pendiente del cono horizontal se denomina ngulo de reposo; cuando se determina de esta manera se le denomina ngulo de reposo dinmico. El ngulo de reposo puede medirse tambin utilizando una lmina plana sobre la que se ha pegado unas partculas procedentes del polvo y hasta que el polvo resbale se tomar la medida. Los ngulos de reposo varan desde aproximadamente 20 para slidos que fluyen libremente, hasta aproximadamente 60 para slidos con malas caractersticas de flujo.PROCEDIMIENTO

DIAGRAMA N1. Procedimiento del Dimetro de Partcula.

DIAGRAMA N2. Procedimiento de la Densidad Aparente.

DIAGRAMA N3. Procedimiento del Angulo Dinmico.

DIAGRAMA N3. Procedimiento del Angulo Esttico.

DATOS TOMADOS EXPERIMENTALMENTE

Tabla N1. Datos Tomados Experimentalmente Iniciales.

CALCULOSCALCULOS A PARTIR DE LA PARTICULA N1 (ARROZ): 1. DETERMINACIN DEL TAMAO:Se toman como muestra 10 granos de arroz, los cuales de forma individual se miden con el calibrador, teniendo en cuenta que estos se miden a partir de la segunda dimensin ms grande, siendo esta la longitud de la partcula del arroz, como se muestra en la Figura N1. Estas mediciones permiten determinar el dimetro promedio de la partcula, establecidas en la Tabla N1.

FIGURA N1. Tamao de la Partcula N1.

Determinacin tamao de la partcula, basada en un Dp promedio.

1. Densidad de la partcula:

2. FACTOR DE FORMA Y EL REA SUPERFICIAL:

Integrantes: Arenas Carol (6112825),a. b. Factor de Forma:

c. Porosidad:

Con la Tabla de Esfericidad Vs Porosidad se Tiene:

d. rea Superficial:

3. DETERMINACIN DEL VOLUMEN (AIREADO - EMPACADO):

a.Antes de medir los volmenes correspondientes, cabe destacar que este procedimiento se hace a travs de una probeta, donde se introducen aproximadamente entre 2 a 5 cm de altura de arroz, lo que permite calcular el volumen correspondiente, registrado en la Tabla N1. Este procedimiento se divide en dos partes, Figura N2:

FIGURA N2. Determinacin Volumen de la Particula N1.

b.

a. Volumen Aireado: Se introduce el arroz dentro de la probeta; segundos despus se procede a agitar, para que las partculas queden con espacios vacios entre s, y poder determinar el volumen aireado correspondiente.b. Volumen Empacado: Teniendo en cuenta lo planteado anteriormente, se procede a juntar muy bien el arroz, es decir, comprimindolo dentro de la probeta, colocando cada uno de las partculas unas tras de la otra, quitando los espacios vacios entre s, esto se hace con el fin, de calcular adecuadamente el volumen empacado.

3. Densidades Aparentes de la Partcula: Densidad Aparente, se subdivide en:

a. Densidad Aireada (m.V):

b. Densidad Empacada (m.V):

FIGURA N2.1 Determinacin Densidad Aparente de la Partcula N1.

4. PORCENTAJE DE COMPRESIBILIDAD:

5. DETERMINACIN DEL ANGULO DE REPOSO (ESTTICO):Con ayuda del equipo de laboratorio (semejante a una balanza), se procede a tomar cierta cantidad de arroz; un poco menos a una libra (500g). Esta se introduce dentro del equipo de manera que quede central a este, con el fin de que el desplazamiento se haga de forma uniforme, Figura N3.

FIGURA N3. Ubicacin del arroz, para la determinacin del ngulo de reposo.

Al tener lista la partcula, se procede a inclinar el equipo hacia el lado derecho, con el fin de que el arroz se vaya desplazando poco a poco, hasta quedar totalmente depositado en esta parte, lo que permite observar el ngulo de reposo correspondiente; siendo este tomado con una medida de 26, Figura N4.

FIGURA N4. Determinacin del ngulo de reposo de la partcula N1.

6. DETERMINACION DEL ANGULO DINAMICO: Se toma la libra de arroz, y se va arrojando de manera vertical sobre un mesn, de manera que al ir agregando partculas va aumento su tamao, al igual que su altura y ancho. Permitiendo as observar los valores correspondientes de la Tabla N1. Figura N5.

34 3.63 cm11.37 cmFIGURA N5. Determinacin del Montculo de la partcula N1.Angulo Dinmico:

7. Porcentaje de Agua Absorbida:a. Base Humeda:

b. Base Seca:

CALCULOS A PARTIR DE LA PARTICULA N2 (SAL): 1. POROSIDAD: Se toma como densidad de partcula un dato terico, hallado en tablas,

rea Superficial:

2. DETERMINACIN DEL VOLUMEN (AIREADO - EMPACADO):La determinacin de estos volmenes se lleva a cabo de la misma manera que con la partcula N1, registrando tambin el volumen aireado y el volumen empacado, siendo la nica diferencia las proporciones de cada una de las partculas, como se nota en los registros de la Tabla N1.

Densidades Aparentes de la Partcula: Densidad Aparente, se subdivide en:

a. Densidad Aireada (m.V):

b. Densidad Empacada (m.V):

FIGURA N6 Determinacin Densidad Aparente de la Partcula N2.

3. Porcentaje de Compresibilidad:

4. DETERMINACIN DEL ANGULO DE REPOSO (ESTTICO):

Con ayuda del equipo de laboratorio (semejante a una rampa de deslizamiento), se procede a tomar cierta cantidad de sal; aproximadamente a de libra (125g). Esta se coloca en la parte superior de la rampa, con el fin de que al momento de ir subiendo la rampa la sal se deslice por completo, registrando as el ngulo de reposo, anotado en la Tabla N1. Figura N7.

FIGURA N7. Determinacin del ngulo de reposo de la Partcula N2.

5. DETERMINACION DEL ANGULO DINAMICO: Se toma la libra de sal, y se va arrojando de manera vertical sobre un mesn, de manera que al ir agregando partculas va aumento su tamao, al igual que su altura y ancho. Permitiendo as observar los valores correspondientes de la Tabla N1. Figura N8.

32.5 3.21 cm8.87 cmFIGURA N8. Determinacin del Montculo de la partcula N2.

Angulo Dinmico:

RESULTADOS

}

ANALISIS DE RESULTADOS

PREGUNTAS DE PROFUNDIZACION

1. Investigue, proponga y discuta al menos dos mtodos para evaluar otras propiedades de los slidos como partcula o como masa de partculas.RTA: Dureza es la resistencia que opone un slido a ser rayado por otro. La dureza se puede medir de dos maneras: En forma absoluta, utilizando un aparato llamado durmetro o esclermetro. En forma relativa, comparando la dureza del mineral estudiado con otros de dureza desconocida. Es el mtodo ms rpido. Se efecta empleando la escala de dureza de Mohs que est compuesta por 10 minerales, ordenados correlativamente desde el ms blando al ms duro. Para determinar la dureza se va probando progresivamente con los distintos minerales de la escala.

TalcoYesoCalcitaFluoritaApatitaOrtosaCuarzoTopacioCorindnDiamante

Mtodo de la dispersin de la luz Este mtodo est basado en la dispersin de la luz por las partculas en una direccin formando ngulo recto con el rayo incidente. La fraccin de luz incidente dispersada es directamente proporcional a la concentracin de partculas y al cubo de su dimetro. Depende de forma crtica de la longitud de onda de la radiacin incidente, siendo inversamente proporcional la misma elevada a la cuarta potencia.

2. Explique cmo evaluara la Sp y el Vp, utilizando una metodologa diferente a la tratada en la prctica. RTA: Otro mtodo por el cual podramos evaluar la superficie de partcula y el volumen de partcula es utilizando el mtodo de la permeabilidad que depende del hecho de que a bajas velocidades de flujo, el flujo a travs del lecho de relleno es directamente proporcional a la diferencia de presiones, siendo la constante de proporcionalidad proporcional a su vez al cuadrado de la superficie especifica (relacin entre superficie y volumen) del polvo. Mediante este mtodo es posible por tanto obtener el dimetro de la esfera con la misma superficie esfrica de las partculas. La fiabilidad depende del cuidado con que se lleve a cabo la preparacin del lecho con la muestra de polvo. Este mtodo ha sido utilizado previamente en clase donde encontramos una relacin S/V que nos da como resultado:

Y cancelando trminos nos queda una relacin

3. Investigue la aplicacin a nivel de ingeniera de al menos dos propiedades de los slidos como partculas.RTA: Punto de fusin : los cambios de temperatura alteran de manera notable las propiedades del material , a temperaturas muy elevadas modifican la estructura de un materia o hacen que se derrita o se carbonice, a temperaturas bajas puede causar que el material falle por fragilidad por eso es tan importante el punto de ebullicin del material o solido que se est trabajando ya que con estas condiciones en la industrias por ejemplo del diseo de hornos o altos hornos es necesario saber hasta que temperaturas llega el slido o material a trabajar para fundirse que no supere la temperatura de los hornos y as prevenir algn tipo de inconveniente durante el proceso.

Densidad: sabemos que la densidad es unamagnitudescalar referida a la cantidad demasaen un determinadovolumende unasustancia. La diferencia de densidades es utilizado a nivel industria para separar diferentes sustancias. Podemos suponer que se desea separar partculas de un material relativamente denso A, de partculas de un material menos denso B. si la gama de tamaos es grande las velocidades terminales de las mayores partculas de B, pueden ser mayor que la de las ms pequeas partculas de A, no siendo posible una separacin completa. La gama mxima de tamaos que puede separarse se calcula a partir de la relacin de los tamaos de las partculas de los dos materiales que tienen iguales velocidades terminales de cada.

Al aumentar la densidad del fluido de separacin, cuando este fluido tiene la misma densidad que el material menos denso, es posible una separacin completa

CONCLUSIONES

Se determinaron y cuantificaron las propiedades de los slidos como partculas y masa de partculas, aplicando la teora aprendida en clase. De esta forma se pudo ver de manera ms explcita y entendible la relacin que hay entre estas. se logro determinar la densidad del material seleccionado analizado (arroz) por medio de los datos obtenidos en el laboratorio.

Se determino el ngulo de reposo y el ngulo dinmico del material seleccionado ( sal ) , siguiendo el procedimiento del laboratorio y teniendo en cuenta los conceptos adquiridos previamente en clase