Instituto Politcnico NacionalUnidad Profesional Interdisciplinaria de Biotecnologa

Prctica 1CentrifugacinUnidad de Aprendizaje: Laboratorio de Bioseparaciones

Profesor: Rivera HernndezAgustn Castillo Campos Emilio

Integrantes: Espinosa Domnguez Hctor Galicia Moran Fernando Luna Berruecos Karla Selene Quintanar Gmez Meztli Jurez Gonzales Moasir de Jess

Mxico D.F. a 27 de abril de 2015

Prctica 1: CentrifugacinObjetivos

Objetivo General

Desarrollar habilidades en el manejo del equipo de centrifugacin, as como evaluar los rendimientos de la operacin de un a centrifuga de discos de flujo constante y una centrifuga de botella, empleando una suspensin de levadura.

Objetivos Particulares

Reconocer elementos que componen una centrfuga de discos y una de botella.

Elaboracin del protocolo de funcionamiento de algunas de las dos centrfugas propuestas.

Introduccin

La separacin centrfuga es desde hace ms de un siglo una de las operaciones unitarias ms importantes en procesos claves de las industrias qumicas, farmacuticas, tratamiento de efluentes, purificacin de aceites, combustibles y lubricantes y suspensiones en general.

En el campo de la tecnologa de la separacin mecnica las separadoras y de cantadoras se catalogan dentro de las centrifugadoras, se emplean para la concentracin de slidos, clarificacin de suspensiones y separacin de mezclas de lquidos con eliminacin simultnea de slidos.

Esencialmente la centrifugacin es una decantacin selectiva de los componentes insolubles de una mezcla bajo condiciones de gravedad artificial.

En la industria existe una gran variedad de centrfugas las cuales pueden ser clasificadas de muy diversas formas, a continuacin se realiza una clasificacin de un pequeo grupo de centrfugas conocidas como sedimentadoras y se realiza esta clasificacin tomando como referencia la cantidad de slidos a la entrada de la centrfuga.

Descarga manual, 5% de slidos: Este tipo de centrfuga es tambin llamada de tambor macizo. Los slidos se acumulan en el recinto de lodos y deben de ser removidos en forma manual, parando la mquina y abriendo el tambor.

Descarga automtica intermitente, 30% de slidos: Tambin son conocidas como auto deslodantes. Los slidos se acumulan enel recinto de lodos y son expulsados en forma intermitente y automtica atravs de los orificios de descarga.

Descarga continua, 40% de slidos: Dentro de la industria qumica es conocida como de toberas. Los slidos se acumulan en el recinto de lodos y se expulsan en forma continua a travsde toberas.

Aplicaciones

Clarificacin de las bebidas Clarificacin de biodiesel Fabricacin de gelatina Fabricacin de aceites vegetales Estandarizacin de la leche Purificacin de gelatina La purificacin de aceite lubricante e hidrulico Separacin de la grasa de pescado La separacin del plasma sanguneo

Diagrama de flujo de proceso

G

IPN UPIBIDiagrama de flujo de CentrfugaEquipo 5

Componentes12345

Agua100.8510.49

Almidn

010.1500.51

Total11111

Resultados

Tabla 1.1. Caractersticas de la centrifuga

ElementoDescripcin

Centrifuga de discosMarcaWestfaliaSeparator

Material de fabricacinAcero Inoxidable

Tabla 1.2. Registro de flujos de alimentacin

Centrifuga de discoFlujo 1 (m3/s)Flujo 2 (m3/s)Flujo3 (m3/s)Flujo de alimentacin Promedio

Volumen (mL)27027527517.68 mL/s=1.76810-5 m3/s

Tiempo (s)15.1715.5515.64

Tabla1.3. Caractersticas del sistema de centrifugacin por discos.

Propiedades de la suspensinPropiedades de la centrifuga

Viscosidad (N s/m2 )N (RPM)9470

Densidad del medio (Kg/m3 )Ro (m)0.051

Dimetro de la partcula (m)R1 (m)0.026

Densidad de la partcula (Kg/m3 )Nmero de discos(n)39

rea equivalente () m2Angulo ()52.83

Volumen de la solucin a la entrada = 13.866 LVolumen del clarificado = 11 LPeso del almidn agregado = 300g

Tabla 1.4: Resultados de la turbidimetra, porcentaje y gramos de almidn en cada muestraNo. MuestraTiempo (s)NTUfactor de dilucinNTU%almidngramos de almidn

001.9711.970.150510.0753

1841.1611.160.150290.0751

21680.9710.970.150230.0751

32520.9310.930.150220.0751

43361.3111.310.150330.0752

54201.4411.440.150360.0752

65046.4316.430.151750.0759

758823312330.214600.1073

86724491671842.142971.0715

Grfica 1: Tiempo vs concentracin de almidn en el clarificado

Anlisis de resultados

En las muestras del clarificado se encuentra una disminucin en la turbidez de cada muestra hasta la muestra 3, lo cual se esperaba porque en el proceso se estn retirando los slidos de la suspensin problema. Dicho comportamiento se muestra en la tabla 1.4 donde se observa que hasta el punto 3 los gramos de almidn en el clarificado iban disminuyendo. A partir del punto 4 comienza a aumentar la turbidez y la cantidad de almidn en cada muestra, lo que denota que los discos se comenzaban a saturar y ya no retenan la suficiente cantidad de slidos. En el punto 7 se ve un aumento notorio en la turbidez de la muestra y su mximo en el punto 8. Donde ya los discos deben estar saturados y retienen menor parte del soluto en la solucin.

El factor G es una forma de medir la eficiencia de la centrfuga. En las centrfugas industriales tiene un intervalo de 5000 - 8000 G y en la centrfuga del laboratorio es de 5113.42 G, lo que indica que est dentro del rango que ocupan las centrfugas industriales, lo mismo que en el flujo terico al que trabajan es de 0.4 a 1500 L/min y el flujo calculado de la centrfuga usada es de 1.06 L/min.El rea equivalente terica es de 400 120,000 y la calculadaes de 396.92m2. Todos los datos anteriores indican que la centrfuga usada tiene las caractersticas de las centrfugas industriales.

La velocidad de sedimentacin de las partculas depende de la naturaleza el soluto, dimetro de partcula, el medio en el que estn suspendidas las partculas y de la fuerza que se les aplique. La velocidad de sedimentacin calculada es de 4.5x10-5 m/s. El tiempo de residencia experimental es el tiempo que tarda en salir la primera muestra de lquido clarificado, el cual no se midi, pero el terico calculado es de 47.20 s.

El rendimiento, que relaciona los slidos ingresados respecto de los slidos retenidos en el equipo, obtenido es de 6.29 g/L en la separacin. La productividad es la medida de rendimiento entre lo obtenido y lo ingresado, aprovechando ptimamente los recursos disponible, la cual se obtuvo de 0.56 g/L min, en donde encontramos que la cantidad de almidn perdida en la salida es de 1.7057 g y los retenidos en el equipo fueron 87.3 g, con un porcentaje de recuperacin de 0.70%. Esto se debe a las prdidas de la solucin problema a la entrada del proceso y a la saturacin de los discos.

ConclusionesUn proceso de sedimentacin la velocidad a la cual sedimentan las partculas en una suspensin, no slo depende de su naturaleza, depende tambin de la naturaleza del medio en el cual estn suspendidas, as como de la fuerza aplicada a las partculas.La identificacin del equipo fue adecuada, ya que se logr realizar la gua de manejo de la centrfuga.La centrifuga usada tiene las caractersticas de en su funcionamiento de una centrifuga industrial.Se puede disear un proceso ms eficiente y menos prdidas conociendo las sustancias a separar y mejorando el tiempo de residencia y efectividad de separacin.

Recomendaciones1. Remarcar que se debe tomar la cantidad de slidos retenidos en el equipo para poder calcular el rendimiento de la centrfuga.2. Al desarmar y re-armar la centrfuga hay materiales que no indican para qu uso son, adems de las marcas dentro de la centrfuga, las personas que desconocen el equipo y lo ponen a funcionar, un mal armado podra provocar una descomposicin, por lo que seales ms claras o una hoja a modo de instructivo junto al equipo servira para evitar problemas en caso de no contar con supervisin.3. Siempre pedir que ms de una persona mida los dimetros de los discos entre otras partes de la centrfuga, para evitar confusiones al dar los datos de las medidas.

Bibliografa

JS. Navarro Reyes. Efecto de la forma y otros factores en la velocidad de sedimentacin de partculas. www.academia.edu/668381/Velocidad_ de_sedimentacon_de_particulaswww.urg.es/vmgroman/archivos/BIA/Giones.pdfdepa.fquim.unam.mx/procesos/PDF/ProcesosI.pdfhttp://depa.fquim.unam.mx/procesos/PDF/ProcesosI.pdfhttp://sgpwe.izt.uam.mx/files/users/uami/sho/Centrifugacion_Notas.pdf

Gua de operacin del equipo

Figura 1: Centrfuga de discos Westfalia Separator AG tipo TA 1-02 025INTRODUCCINLa centrifugacin es un mtodo por el cual se pueden separar slidos de lquidos de diferente densidad por medio de una fuerza giratoria. La fuerza centrfuga es provista por una mquina llamada centrifugadora, la cual imprime a la mezcla un movimiento de rotacin que origina una fuerza que produce la sedimentacin de los slidos o de las partculas de mayor densidad.Con el fin de establecer un material de apoyo que permita la correcta manipulacin y mantenimiento del equipo, adems de garantizar la seguridad del operador y proceso, se ha redactado este manual.Objetivos

Operar de una manera adecuada y segura los equipos. Minimizar las interrupciones por fallas debidas a una mala operacin. Detallar las tcnicas bsicas de limpieza as como el cuidado del equipo. Disminuir las acciones y condiciones inseguras que puedan propiciar accidentes.

DESCRIPCIONEstas mquinas estn destinadas a su uso con lquidos y, en comparacin con las centrfugas, trabajan a velocidades ms altas. Por consiguiente, la fuerza centrfuga (valor g) de un separador es considerablemente ms fuerte que la de una centrfuga. El rotor de la centrifuga provoca el giro tanto de los disco como del tazn de la centrfuga. Tiene una capacidad de volumen de 1,5 L.El depsito de alimentacin es un recipiente de una capacidad 50 L, la alimentacin se hace llegar a la centrifuga con un equipos auxiliar que consta de una bomba de desplazamiento positivo y su panel de control.Asimismo, resultan ideales para la separacin simultnea de mezclas de lquidos de distinta densidad y de slidos (separador).

Identificacin del equipo

Tabla no 1. Partes externas de la centrifuga de discos

No. Parte del equipoNo.Parte del equipo

1Bomba auxiliar7Salida 2 de clarificado

2Salida de fugas8Salida 3 de clarificado

3Frenos de seguridad9Manmetro

4Tazn de la centrfuga10Vlvula 1

5Salida 1 de clarificado11Botones de arranque y paro

6Tapa externa del equipo 12Vlvula para el control de fugas

Tabla No 2. Partes internas de la centrifuga de discos

No.Parte del equipoNo.Parte del equipo

1Tanque de recepcin8Eje de ensamblaje

2Tapa externa del equipo9Tapa de los discos

3Tubera salida 2 de clarificado10Cubierta de proteccin

4Tubera salida 3 de clarificado11Tornillo de ensamblaje 1

5Pila de discos12Tapa de la cubierta

6Tapa protectora de los discos13Tornillo de ensamblaje 2

7Empaque14Pieza A

PREINSTALACIN

1. Verificar que el suministro elctrico sea de 220-240 V (Sistema Trifasico).2. Verificar que el cable de suministro elctrico este desenredado y que no presente torceduras3. Verificar que el seguro del freno no est accionado.4. Revisar los niveles de aceite antes de poner en operacin el equipo.5. Revisar que todas las piezas y tornillos estn ajustados y en sus respectivos lugares

ARMADO DEL EQUIPO

1. Identificar las partes de la centrfuga y apretar los seguros para frenar.2. Montar las piezas de la centrfuga en el orden adecuado como se describe a continuacin:

2.1 Colocar los discos sobre el rotor, verificar que la colocacin de los discos siga el orden en numeracin de mayor a menor (pila de discos).2.2 Colocar la pila de discos en el equipo.2.3 Montar la tapa protectora de la pila de discos.2.4 Colocar el empaque, posteriormente montar el eje y la tapa, verificando que el marcador (nmero 0) coincida con la pila de discos.2.5 Colocar la tapa de los discos verificando que la marca (nmero 0) coincida con las partes previamente montadas.2.6 Colocar el tornillo de ensamblaje 1 ajustando slo con giro manual, cuidando no apretar demasiado.2.7 Cuidadosamente colocar la pieza A y posteriormente la tapa de la cubierta.2.8 Colocar el tornillo de ensamblaje 2 ajustando slo con giro manual.2.9 Colocar la tapa externa del equipo y montar la tubera para la salida del clarificado 2 y posteriormente colocar la tubera para salida de clarificado 3.2.10 Conectar las mangueras hacia el recipiente colector de clarificado y la de alimentacin.

3. Verificar el correcto armado, cerrando la vlvula 1 y poniendo en marcha el equipo, liberar el seguro del freno y arrancar el equipo con el botn de arranque; cuando la centrifuga estabilice su velocidad abrir la vlvula 1, no se debern detectar sonido extraos que indiquen alguna pieza mal colocada. En caso de detectar sonidos anormales detener el equipo con el botn de paro, desarmar y volver a armar adecuadamente. Repetir este paso hasta que no se detecten sonidos anormales cuando la centrifuga estabilice su velocidad de operacin (9470 rpm).

OPERACIN

1) Alimentar la suspensin con la ayudad de la bomba auxiliar (bomba de desplazamiento positivo) cuando la centrifuga alcance la velocidad de operacin (9470 rpm).2) Liberar la vlvula 1 de la tubera que recibe el clarificado 2 por la parte superior.3) Recolectar el lquido clarificado y posibles fugas en los recipientes correspondientes.4) Una vez procesado el volumen de operacin parar el equipo con el botn de paro.5) Esperar a que el equipo se detenga por completo

LIMPIEZA

1. Desarmar la centrifuga.2. Recuperar los slidos retenidos en la centrifuga.3. Lavar con abundante agua las piezas con slidos retenidos. No utilizar solventes que pueden daar el equipo4. Secar las partes de la centrifuga con tela, para no deteriorar o rayar las partes del equipo.5. Armar la centrifuga y verificar el correcto armado con el paso 3 descrito en armado del equipo

MANTENIMIENTO

1. Verificar que se tengan los niveles de aceite y lubricacin necesarios.2. Identificar desgaste de las piezas para que sean remplazadas peridicamente.3. Limpiar adecuadamente el equipo.4. No mojar la bomba y verificar que ste est en ptimas condiciones5. Enrollar bien el cable de suministro elctrico y colocarlo lejos de lugares hmedos.

AnexosMemoria de clculo1. Determinacin del ngulo () del disco

2. Determinacin de la densidad de la partculaLa densidad de partcula se determin experimentalmente midiendo con un densmetro la densidad de la mezcla y usando la siguiente frmula:

Donde es la fraccin volumtrica.

3. Determinacin de la velocidad de sedimentacinTabla1.5: Altura del sedimento con respecto al tiempoTIEMPO(min)ALTURA (cm)

017.2

316.5

615.5

914.9

1214.2

1513.2

1812.1

2111.6

2410.9

279.6

Grfica 1: Relacin de la altura del sedimento vs tiempoLa ecuacin que describe el comportamiento de la velocidad es:

donde la pendiente es la velocidad de sedimentacinLa velocidad de sedimentacin se ve representada por la pendiente NEGATIVA de la lnea

Transformando:

4. Determinacin del dimetro de la partculaUtilizando la ley de Stokes podemos calcular el dimetro de la partcula

5. Determinacin del rea equivalente ()

r 1 = Radio interno superior del tamborr 2 = Radio interno de la base del tambor N = nmero de discos, para la centrfuga de cmaras = velocidad angular radianes /s = 450 Angulo formado entre los discos C = 1.8 Constante del equipo

6. Determinacin del factor centrfugo

7. Determinacin del tiempo de sedimentacin

8. Determinacin del tiempo de residencia

Donde L= longitud de la centrfuga

9. Determinacin de la densidad del medioLa medicin obtenida con el densmetro fue de 1.012 esto es la gravedad especfica, por lo tanto la densidad de la mezcla se obtuvo:

10. Determinacin del % de almidn y de los gramos de almidn en las muestrasTabla1.6: Resultados curva tipo de la turbidimetra% almidnAlmidnAguaLecturaFactor de dilucinTurbidez

%P/VgmlNTUNTU

0.20.1506481.0648

0.40.2504503.01350

0.60.3505224.02088

0.80.4506034.02412

10.5504935.02465

1.20.6505705.02850

1.40.7506225.03110

1.60.8509155.04575

1.80.95052912.66676700.67

215044718.08046

Grfica 2: Curva tipo %almidn vs turbidez

Para calcular el % de almidn en cada muestra

Donde x = % almidn en muestra e y = NTU

Grfica 3: Curva tipo gramos de almidn vs turbidez

Donde x = gramos almidn en muestra e y = NTU11. Clculo del error, rendimiento y productividad del equipoLa cantidad de slidos agregados fue de 300g de almidn. El peso seco del almidn retenido es de 87.3 g.

12. Datos tericos Del almidn

Del rea equivalente ()

Tabla 1.8: Factores de sigma.