Unidad 1 Procesos Mat Ceramicos Silvio Del Basto

8/3/2019 Unidad 1 Procesos Mat Ceramicos Silvio Del Basto

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PROCESOS MATERIALES II(PROCESOS CERMICOS)

Cdigo: 770049MPrograma Acadmico: 3741 - Ingeniera de Materiales

Crditos: Tres

Perodo: Agosto a Diciembre de 2011Lugar: Edificio 347 Saln 2005

Da y hora: Jueves, 10 a.m - 1. p.m.

Silvio Delvasto Arjona, Ph.DProfesor Titular

UNIVERSIDAD DEL VALLECALI, COLOMBIA

[email protected]
mailto:[email protected]:[email protected]


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VENTAJASMTODOSMECNICOS

INCONVENIENTES

PREPARACIN DE POLVOS CERMICOS

Cermica Tradicional

Mtodos Mecnicos

Cermica avanzada

Mtodos Qumicos

Conminucin /

Molienda

Barato

Amplia aplicacin

Pureza limitadaHomogeneidad limitadaPartculas grandes

SntesisMecanoqumica

Partculas finasAplicacin a no-oxdicos

Baja temperatura

Pureza limitadaHomogeneidad limitada

C S


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PREPARACIN DE POLVOS CERMICOS

Materias primas naturales

Adecuar las caractersticas de materiasprimas sintticas

Mtodos mecnicos

Conminucin

MOLIENDA

(1 mm -0.1 mm)

MATERIAL

DE PARTIDA

Reduccin del Tamao de Partcula

Variacin de la Distribucin de TamaosVariacin de la Forma de las PartculasDispersin de los Aglomerados

OBJETIVOS

ReologaConformado

SinterizacinMicroestructuraPropiedades

EFECTOS

C S


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CONMINUCIONtrituracin y molienda, para:

reducir el tamao mximo de partcula

liberar impurezas

reducir la porosidad de las partculas modificar la distribucin de tamao de las

partculas

dispersar aglomerados y agregados incrementar el tamao de coloides

modificar la forma de las partculas

dispersar y mezclar


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La conminucin tiene un

impacto importante sobre: la reologa

comportamiento durante lafabricacin comportamiento durante el

sinterizado microestructura ltima del

producto


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Mtodos Mecnicos de FabricacinHay cuatro tipos que normalmente se usan combinados:

-Impacto (golpeo brusco del material para fracturarlo)-Atriccin (reduccin de tamao por frotamiento)

-Cizalladura (rotura por procesos de cortadura, demasiado gruesos para P/M,excepto para productos frgiles, Ej: cintas de vidrio metlico)-Compresin (a velocidades ms lentas que por impacto, fragilidad)

Para polvos de 1 mm, los molinos

de martillos son eficientesSin embargo para materiales en elrango de 1 a 100 micras, losequipos ms adecuados son los

molinos de bolas, atritores omolinos planetarios.


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Tamao de materia primada alimentada Vs. Tamao del producto al seleccionar el equipo


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Material Densidad (Mg/m3)Guijarros de pedernalPorcelanaPorcelana de esteatitaAlmina de altadensidadZirconioZirconiaAcero (endurecido ocarburizado)

Carburo de tungsteno

2.42.32.73.63.75.57.8

15.6

La energa de molienda producida durante la molturacin es proporcional a lamasa (m) y al cambio en la velocidad (v) del medio molturante al impactar:Energa = (1/2 mv2)La masa es incrementada al usar cuerpos moledores de mayor densidad o tamao.

La Tabla siguiente muestra la densidad de diversos medios molturadores.Tabla Densidad de cuerpos moledores industrialesCuerpos de molienda con un mdulo de elasticidad elevado producirn un dv/dtelevado; ellos deben ser duros, de grano fino, y no porosos para resistir laabrasin. El flujo viscoso y la deformacin inelstica reducen los esfuerzos de

molienda.

Cuando se muele un materialinelstico, la carga de impacto sobre lapartcula es ms baja, porque la

deformacin inelstica reduce dv/dt.Materiales densos deformables y losaglomerados y agregados porosos sonalgo inelsticos.


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Equipo para conminucin

Quebrantadoras o trituradorasprimarias

las de quijada o mandbulas y las de conoproducen compresin y esfuerzos cortantes(mordizcos) y las de martillos de grueso a

un tamao generalmente superior a 5 mm. Los trituradores de rodillos reducen a

aproximadamente 1 mm o menos.


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Medio deMolienda

Polvo

De Mandbulas(> 1 mm)

RodillosTrituradores(< 0.1 mm 1 mm)

De Martillo(< 0.1 mm)

MOLINO DEATRICIN

TRITU

RACIN

mixing panmill


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TRITURACIN

TRITURACIN PRIMARIA

De Mandbulas(> 1 mm)

RodillosTrituradores(< 0.1 mm 1 mm)

De Martillo(< 0.1 mm)

Mecanismos bsicosGolpe de MartilloCompresin

Cizalla C S


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TRITURACIN SECUNDARIA

Muelas Mviles sobre

una Plataforma

Seco

Hmedo

CaolinesArcillasFeldespatosAmasado y Mezclado

Aplicaciones

C S


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MOLINOS

Un molino de martillos es capaz dereducir hasta aproximadamente 0.1mm.

Existe un amplia variedad de molinospara reducir an ms el tamao mediode partcula, entre ellos, los molinos debolas, molinos vibratorios, molinos deatricin, molinos de rodillos, molinos

de muelas, molinos de discos, etc.


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MOLIENDA

Rend.Energ.= Area SuperficialEnerga suministrada

Compresin

ImpactoCizalla

ElsticasInelsticas

> Rmecnica

Nuevas superficiesAumento de TReorg. Red CristalinaCambios de Comp. Qca.

Moliendas muy vigorosas

Tensionesmecnicas

Deformaciones Energa mecnica

C S


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Teora de la trituracin. Ley de Rittinger

La ley de trituracin propuesta por Rittinger est basada en la hiptesis

de que la energa necesaria para el proceso sea proporcional a lasuperficie cortada.

Para aplicar esta hiptesis, consideremos un cubo de material. Cada aristade este cubo tiene una longitudD; supongamos que este cubo se rompepara obtener cubos ms pequeos, en que las aristas de cada uno tiene

una longitud d. Considerando una relacin deD a dde 4 : 1; este cocientepuede representarse por n. En la figura se ve que existen (n1) planos defractura en cada una de las tres direcciones. En otras palabras, pararomper este cubo y obtener cubos ms pequeos debe cortarse unasuperficie que es: 3(n-1)D2.

Supongamos que se necesita un trabajo deB Kg. para producir 1 m2 denueva superficie. Entonces el trabajo necesario para cortar el cubo dedimensiones D m en cubos de dimensiones d m, ser, por tanto: Trabajo= 3BD2(n-1) En 1 m3 de material que ha de trocearse hay 1/D3 unidadesde las mayores dimensiones.


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Ley de Rittinger

Puede suponerse que si estas unidades no son cubos perfectos, el cociente delrea de una unidad real al rea del cubo de la misma dimensin mayor, ser lamisma para todos los tamaos. Sin embargo, se ha visto que esta hiptesis no esvlida, puesto que el cociente disminuye cuando disminuye el tamao de laspartculas. Por ello, en lugar de utilizar un cociente constante K para todas laszonas de tamaos se utilizar un valor apropiado de Kpara cada zona de tamaos,siempre que se conozca el valor de este cociente en funcin del tamao.

La ley de Rittinger puede establecerse en forma ms general, a saber, que laenerga necesaria para la reduccin es proporcional a la nueva superficie creada.Este cociente puede representarse por K. Llevando estos valores a la ecuacinanterior y recordando que n = D/d, se obtiene

Trabajo por m3 == (1/D3) (3BD2K) (n-1) = 3BK(1/d1/D)

C.V. por tonelada = C(1/d1/D)


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Ley de Kick

La ley de Kick supone que la energa necesaria para triturar un materiales proporcional al logaritmo del cociente entre los dimetros inicial y

final. De acuerdo con esto, se necesitar dos veces ms energa parareducir el tamao a la novena parte comparado con la reduccin a latercera. La Ley de Kick se expresa como:

C.V.K log(D/d)

Donde K es una constante y D y d son los tamaos inicial y final.

Una expresin ms general y aproximada seala que

U = Ac 1/apm1/apom

ap y apo son los tamaos medios caractersticos del producto y delalimento. Ac es una constante de eficiencia, que es constante para unsistema particular de molienda y m es una constante de fractura para unmaterial particular. La tabla siguiente muestra valores de m para diversosmateriales.


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Tabla ndice dependiente del tamao mpara diversos Materiales Industriales

Material mAlmina fundida 1.1

Carburo de Silicio 1.3Cuarzo 1.4

Almina tabular 1.6Bauxita 2.4

Almina calcinada(agregado poroso)

4.0

Titania calcinada 4.4


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Los valores que se presentan en la prxima Tabla se pueden utilizar para evaluarel efecto de las condiciones cambiantes de molienda o para indagar la eficienciarelativa de molinos de diferente capacidad o tipo. En trminos de la nueva energade superficie relativa a la energa consumida en los procesos de molienda, lamolienda es menos que 1% eficiente. Una pequea mejora en eficiencia puede serun factor muy significativo para reducir el costo de procesamiento.

Molino Material m Ac(Kw( m)m)/T Ac(Kw( m)m)/m3

Bolas Circn 1.8 650 3350

Vibratorio Circn 1.8 100 520

Atricin Cuarzo 1.8 920 2680

Atricin Caliza 1.8 500 1500


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En la molienda de bolas, ocurre impacto entre el medio de cuerpos moledoresal dar tumbos o vuelas dentro del molino; atricin tambin ocurre entre el

medio y otro medio rotante cerca de la base. La altura del medio antes de lacada en cascada es una funcin de la carga de moledores, la carga de slidos,la velocidad angular, y la viscosidad de la suspensin en la molienda por vahmeda.

La frecuencia angular critica wcr (Hz) a la cual se produce centrifugacin es:

wcr = 0.5 R-1/2Donde R (metros) es el radio del molino.

La adhesin producida por un lodo viscoso que moja al molino reduce wcr y elmolino es operado normalmente a (0.65-0.85) wcr para producir una alturamedia mxima de 50-60 medidos de la horizontal a travs del centro derotacin. Un recubrimiento interno del molino con barras obstaculizadorasminimizarn el deslizamiento del medio de cuerpos moledores. La carga tpicadel medio moledor es aproximadamente el 50% del volumen del molino, y elpolvo o el lodo se adiciona en un ligero exceso para que cubra los espaciosvacos en los cuerpos moledores y de los recubrimientos del molino.


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MOLIENDA

Tipos de Molinos

Molino de BolasMolino de AtricinMolino Vibratorio

Molino de Chorro

Tamao de partcula (m)0.1 1 10 100

compresin

impacto

cizalla+compresin Molino de bolas +agitacin

Molino de bolas

Molino vibratorio

Jet mill

Molino rotatoriode alta presin +esaglomeracin

C S


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Molino de bolas (esquema de corte) se muestra la cada en cascadadesde A hasta B y el movimiento de los cuerpos moledores


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MOLINO DE BOLAS

Reduccin del Tamao de los agregados

Fractura de las Partculas

Reaglomeracin

Etapas

Velocidad correctaMedio de molienda

siempre en contacto

Velocidad lentaMedio de moliendano est contacto por

fuerza centrfuga

Velocidad excesivaMedio de molienda

gira con el molino

Velocidad del Molino > molino < rpm

C S


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Variables de operacin de molinosde bolas (mallas 200 y 325 conamplia distribucin de tamao)

El tamao y la velocidad angular del

molino. El tamao del medio de molienda con

relacin al tamao del material a moleralimentado.

La carga del molino.

Los volmenes relativos de cuerpos

moledores y del material alimentado.


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Ms Variables de operacin

de molinos

Las caractersticas fsicas del medio

de molienda. La aglomeracin que presente el

material alimentado o el producto de

molienda. En molienda por va hmeda, la

viscosidad del lodo durante la

molienda.


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Carga del Molino

MOLINO DE BOLAS

45-55% volumenCantidad de Bolas

Seco 25% vol.

Hmedo 30-40% volCantidad de Polvo

Viscosidad de la Suspensin

Contacto difcil entre las bolasAlta

Baja

Las bolas resbalan

Mayor velocidad

Mayor contaminacin

Mayor desgaste

C S

Prctica de la molienda


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Prctica de la moliendaLa frecuencia angular critica wcr (Hz) a la cual se produce centrifugacin es

wcr = 0.5 R-1/2

Donde R (metros) es el radio del molino

La adhesin producida por un lodo viscoso que moja al molino reduce wcr y elmolino es operado normalmente a (0.65-0.85) wcr para producir una alturamedia mxima de 50-60 medidos de la horizontal a travs del centro de

rotacin.Un recubrimiento interno del molino con barras obstaculizadoras minimizarnel deslizamiento del medio de cuerpos moledores.La carga tpica del medio moledor es aproximadamente el 50% del volumendel molino, y el polvo o el lodo se adiciona en un ligero exceso para que cubra

los espacios vacos en los cuerpos moledores y de los recubrimientos delmolino.El desgaste se incrementa rpidamente cuando el material no llena losintersticios entre el medio moledor.



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Si se desea que principalmente ocurra dispersin de los aglomerados ymezclado se deben utilizar cuerpos moledores ms pequeos y mayor carga

de material. Se usan cuerpos moledores ms duros para materiales que sean ms tenaceso cuando se pueda contaminar el producto con el material desgastado.

El costo neto de los cuerpos moledores y de los recubrimientos del molinopueden favorecer un costo menor si los cuerpos de molienda son menos

resistentes al desgaste cuando se tienen materiales ms fciles de moler ycuando el desgaste de las partculas es aceptable en el producto de lamolienda.

Existen cuerpos de moledores de ms de 8 cm de dimetro. Los cuerpos de1.3 cm son muy populares, y los de 0.6 cm se utilizan en molienda fina.

Medios mixtos en tamao pueden desgastarse ms rpido a no ser que elalimento sea blando.

En general, la relacin de tamao de los cuerpos moledores al tamao delalimento no debe ser exceder de 25 a 1. Medios de molienda de mayordensidad y/o tamao se usan cuando la densidad de la suspensin es alta.


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En molienda por va hmeda la viscosidad del lodo defloculado

est en el rango de 500-2000 mPa s a la temperatura demolienda. La viscosidad debe ser suficiente para formar unapelcula de lodo sobre los cuerpos moledores, lo cual mantienelas partculas en la zona de impacto y protege los cuerposcontra el desgaste y minimiza el deslizamiento entre ellos y la

pared del molino. Los resultados indican que cuando se muele a tamao de

micrn la defloculacin qumica es crtica, la viscosidad no seaumentar por floculacin parcial. Cuando se muele un lodo

defloculado, la viscosidad podr decrecer con el tiempo demolienda porque se producen ms coloides o porque aumentala eficiencia del empaquetamiento.


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Si se comparan los resultados de la molienda de carburo de silicio y arena dezirconio a tamao submicrnico, indican que el consumo de potencia y eldesgaste de los cuerpos moledores es siete veces menor cuando se utiliza

molienda por vibracin en lugar del molino de bolas. La molienda hmeda vibratoria de baja frecuencia est limitada a tamaos dealimentacin menores de 250 m, pero en los molinos de amplitud elevadapodrn ser de aproximadamente 1.25 cm.

El material alimentado en los molinos de atricin es usualmente ms fino de 50

m, y el contenido de slidos puede estar entre 30%-70%. El tamao del medioesfrico de molienda est entre 0.5-5 mm.

Los molinos de atricin se operan a una velocidad que produce turbulencia y unincremento aparente de la carga fluididizada de lodo y medio moledor.

La atricin muy rpida es producida por los esfuerzos intensos de compresin y

cortante, y la frecuencia de las colisiones es muy elevada.


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Molino de Atricin


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MOLINO DE BOLAS


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Tamao inicial del polvo

MOLINO DE BOLAS

Alto desgaste

ContaminacinGrande

Efectividad limitada

Tiempos largos de molienda

Contaminacin

Muy fino

C S


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MOLINO VIBRATORIO

Impacto local y

Fractura por Cizalla

Mezclado en Cascada

Tipos de Movimiento

Energa de Vibracin(No mecnica)

Mecanismo

C S

molinos industriales vibratorios


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molinos industriales vibratorios

tipos

tubo horizontal vertical

amplitud de baja amplitud: molienda hmeda, tamao de

partcula (submilimetros hasta submicrones),con abrasin y contaminacin mnima.

de elevada amplitud: molienda hmeda o secade material grueso y para obtener una

distribucin amplia de tamao. tamaos departcula inferiores a unos pocos micrmetros


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Una aceleracin media produce unaenerga de impacto que es

significativamente mayor que laenerga en los molinos de bolas.

Tienen usualmente un recubrimiento de

caucho o de cermica y se apoyansobre resortes metlicos o de caucho.

La capacidad de molienda de un molino

vibratorio grande es a lo sumo de 2toneladas por hora, que es muy inferior a lacapacidad de un molino de bolas grande.


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molino planetario de atricin Medios moledores agitados

Un eje central con brazos rota a 1 - 6 Hz(ciclos por segundo) y agita continuamenteal lodo de partculas y al medio de molienda

esfrico 0.3 - 1.0 cm y provee un medio paravariar la energa de molienda.

Se utiliza industrialmente para molienda

hmeda bajo 1 micrn y para la dispersinde aglomerados de partculas submicrnicas.

Los molinos de atricin de velocidad

elevada son agitados a 20 - 30 Hz

MOLINO DE ATRICIN


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Tamao alcanzado < 1 m

Tamao de las bolas 1 cm - 0.5 mm

Medio deMolienda

Polvo

MOLINO DE ATRICIN

Rotacin

AgitacinEFECTOS

C S

MOLINO DE CHORRO


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Fluido comprimidoH2O (v), CO2, N2, aire

AceleracinPolvo

Camara de Molienda

ColisionesFractura por

Atricin

Clasificacin

Gruesas

Finas

Cmara de

Molienda

Polvo

Fluido

comprimido

Fluido

comprimido

MOLINO DE CHORRO

Colisiones a alta velocidadentre partculas dispersas

MecanismoC S


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Activacin Mecanoqumica


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Tamaos de partcula muy pequeos dedeterminada composicin qumica a partir

de una mezcla de partculas


Partculas:20% vol

Bolas:

5-10 mm2-10 veces masa de partculas

Vibracin en todas las direccionesf 20 Hz

Molienda muy

energtica yprolongada

OxdicosAplicacin

No oxdicos

NitrurosBorurosCarburos

Siliciuros

C S



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Ruptura de enlaces

Superficies con valenciasno compensadas

Cambio de las prop. Fsicas

y qumicas de las partculas

Moliendas prolongadasy/o vigorosas

Reaccin entre partculas

Reaccin entre partculasy medio

Alta energa superficial

C S

escogencia de un molino


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escogencia de un molinodepende de..

costo ltimo de capital capacidad

periodo del ciclo de molienda

distribucin del tamao de partcula

factores relacionados con el material a

moler Evaluacin de costos de desgaste y de

mantenimiento.


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APUNTACIONES

En la molienda va hmeda, seagrega un defloculante para dispersar losaglomerados e incrementar la carga deslidos en el lodo. El defloculante

nose

debe degradar durante la molienda Surfactantes tales como alcoholes, cido

oleico, glicoles, siliconas, etc. , aadidas auna concentracin menor de 1% puedenminimizar la aglomeracin y elempaquetamiento de los polvos.


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Coadyuvantes de molienda y el agua yotras especies qumicas que adsorbidas en

la grietas reducen la resistencia del materiala moler

El vapor de agua, causa aglomeracin amenudo en la molienda va hmeda. Losaglomerados adsorben algo de la energa deimpacto, reduciendo la energa para la

fractura de la partcula, y un paquete durode aglomerados sobre el recubrimiento delmolino aisla las partculas del proceso de

molienda.

Mi fi l b d l


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Microfisuras en los bordes y en lassuperficies de las partculas, poros

superficiales, microfisuras internas y porosreducen la resistencia a la fractura de laspartculas frgiles.

Partculas densas con tamao de grano finoy mayor tenacidad de fractura son msresistentes a la atricin.

La molienda por abrasin puede incrementarla concentracin de los defectos de borde yde superficie, los cuales pueden ayudar a lafractura.

i l i


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Partculas que exhiben deformacin inelsticason ms tenaces.

La atricin es ms importante para la moliendade las partculasinelsticas y de las partculasmicromtricas.

Las partculas que tienen una matriz vtreason menos tenaces bajo su temperatura detransformacin vtrea.

Se ha observado que las partculas minerales de

las trituradoras que trabajan a la compresin yde los molinos de martillos son ms angularese isomtricas que las partculas producidas

por molienda de friccin.

CLASIFICACIN DE TAMAO DE


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PARTCULASTAMIZADO

Va seca: partculas grandes Va Hmeda

Presentacin de resultados

Size range % (peso)- 80 +100 5

-100 +150 8

-150 +220 13-220 +280 20

-280 +325 18

-325 36

Anlisis tpico de tamizado


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Anlisis tpico de tamizado- pasa+ retenido

Dimetropromedio de

partculas

Dimetropromedio de

partculas

Fraccin enmasa (o en

peso)

Fraccin enmasa a

travs decada tamiz

cm in

- 8 + 10 0.2007 0.0791 0.03 1.0

- 10 + 14 0.1410 0.0555 0.14 0.97

- 14 + 20 0.1001 0.0394 0.25 0.83

- 20 + 28 0.0711 0.0280 0.20 0.58

- 28 + 35 0.0503 0.0198 0.14 0.38

- 35 + 48 0.0356 0.0140 0.09 0.24

- 48 + 65 0.0252 0.0099 0.06 0.15- 65 +100 0.0178 0.0070 0.04 0.09

-100 +150 0.0126 0.00496 0.03 0.05

-150 +200 0.0089 0.0035 0.02 0.02

Total 1.00

Anlisis granulomtrico de un material (ejemplo)


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Anlisis granulomtrico de un material (ejemplo)

# malla,serie Tyler

Apertura,micrones,

m

Tamaomedio,

m

Peso, %retenido

Peso, %retenido

acumulado

Peso, %pasa

acumulado

6 3.327 0,0 0,0 100,0

8 2.362 2.845 1,7 1,7 98,3

10 1.651 2.006 23,5 25,2 74,8

14 1.168 1.410 29,8 55,0 45,0

20 833 1.000 21,7 76,7 23,328 589 711 10,5 87,2 12,8

35 417 503 6,2 93,4 6,6

48 295 356 2,8 96,2 3,8

65 208 252 1,7 97,9 2,1

100 147 178 1,0 98,9 1,1

150 104 126 0,5 99,4 0,6

200 74 89 0,2 99,6 0,5

0,4 100,0 0,0

total 100,0

ANLISIS GRANULOMTRICO


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ANLISIS GRANULOMTRICO

Columnas, 1 y 4 obtenidas experimentalmente.

Columna 2, apertura nominal de malla en micrones.

Columna 3, tamao medio de partcula de la fraccinde muestra retenida por cada tamiz, calculado como

media aritmtica de las dos aperturas de mallautilizadas para obtener la fraccin.

Las columnas 5 y 6 representan otras formas

adicionales en que pueden darse los anlisisgranulomtricos

Grfico de distribucin de frecuencias de tamao Grfico del


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Grfico de distribucin de frecuencias de tamao Grfico del

peso de muestra retenido (expresado en por cientos) en funcin deltamao medio de la partcula (en micrones)

di l i di ib i d


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diagrama acumulativo-distribucin de tamao:

grfico del peso total de muestra que tiene un tamao

mayor o menor que una apertura de malla determinada

en funcin de la apertura de malla


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mtodo logaritmo-probabilidad: se obtiene al llevar enordenadas el logaritmo de la apertura de malla en micrones y en

abscisa el peso acumulado por encima (o por debajo) de una

apertura dada. La escala horizontal es una escala de

probabilidad.

EVALUACIN DEL ANLISIS DE TAMIZADO


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EVALUACIN DEL ANLISIS DE TAMIZADO Dimetro promedio (DAV) es aquel que multiplicado por el nmero

total de partculas ( Ni) da la suma de los dimetros (D1 ,D2 ,..DN)

en ese grupo. x1, x2, x3, ,xN son las fracciones en masa denmeros (frecuencia) de partculas N1, N2,..NN.

M es la masa total del conjunto de partculas, es la densidad.

es una constante (Coeficiente de forma con base en el

volumen del cubo)que depende de la forma de la partculapor la cual D3 se multiplica para obtener el volumen; /6

(Vol. Esfera/Vol.cubo = /6 D3/D3) para esferas, 1 para

cubos, etc.

Ni = (M/ )[ xi/ Di3

]DAV = NiDi)/ Ni = [SNiDi/ iDi3]/[ xi/ Di3]

DAV = [ xi/ Di2 ]/)[ xi/ Di3]


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Procesos de separacin y de

clasificacin

CLASIFICACIN


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CLASIFICACIN(SEPARACIN) POR AIRE

PERMITE LA SEPARACIN DEPARTCULAS FINAS DE LAS GRUESASENTRE 40 Y 400 MALLAS SIN

EXCEDER 400 ton/h. SU EFICIENCIA ES LIMITADA POR

DEBAJO DE 10 m

USADA PRINCIPALMENTE ENCIRCUITOS CERRADOS DE MOLIENDA

Configuracin en serie de tamizado en disco y separacin en cicln


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Configuracin en serie de tamizado en disco y separacin en cicln

Filtro prensa para concentracin y lavado de una torta filtrada


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Filtro prensa para concentracin y lavado de una torta filtrada

Separacin en un hidrocicln indicando el flujo del fluido


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p j

ELUTRIACIN


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ELUTRIACIN SEPARACIN DE TAMAOS DE

PARTCULAS CON BASE EN LAVELOCIDAD DE SEDIMENTACIN.

LAS PARTICULAS MS GRUESAS O

LAS MS DENSAS SEDIMENTAN MSRPIDAMENTE.

EN EL ELUTRIADOR VERTICAL POR

GRAVEDAD EL FLUIDO TIENDE AARRASTRAR LAS PARTCULASHACA ARRIBA.

Elutriacin


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Elutriacinproceso de separacin de las partculas ms ligeras de un polvo de las mspesadas por medio de una corriente de direccin contraria hacia arriba de unfluido (lquido o gas)

Sistema Spitzkasten para clasificacin de slidos


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P2 S=fuerza (p1=presin) total que acta sobre el lquido a la altura de X2,


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siendo S = rea es igual a la presin p1 multiplicada por el rea ms el peso de

la columna de fluido comprendida entre X1 y X2.

cggShSPSP

112

cg

ghhpp )( 1223

cg

ghpp 112

cg

ghpp 213

)(1

Xppn

nXXX 1

Resistencia que ofrece un fluido a un cuerpo slido que se mueve conrespecto al mismo


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respecto al mismo

F es fuerza total de resistencia, A rea del slido en contacto con el fluido, uvelocidad del fluido aguas abajo del slido, es la densidad del fluido, es laviscosidad del fluido y es una funcin cuya forma se determinaexperimentalmente y depende de la forma geomtrica del cuerpo slido y de surugosidad. El valor entre parntesis del parmetro de la funcin es el nmero deReynolds. A se puede tomar como el rea de una esfera proyectada sobre un planonormal a la direccin del movimiento: D2/4 y F se puede hacer igual a la fuerza de

la gravedad:

)(

2 Du

g

u

A

F

c

)(4

3

s

cg

gDF

Resistencia en flujo viscoso. Ley de Stokes


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Si la velocidad est por debajo de un valor crtico (en flujo laminar oviscoso, No. Reynolds= Re=Du / 4000). La

resistencia es debida a la friccin producida por la viscosidad Lafuncin , se hace:

B es una constante. Para rgimen turbulento se hace constante y laresistencia es debida a torbellinos.

Stokes dedujo una Ley para flujo laminar, vlida para Re


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Se incluye el coeficiente de arrastre C, anlogo al factor defriccin en tuberias:

En la regin laminar:

Para nmeros Re entre 0.1 a 1000 el flujo cambia de laminar aturbulento sin cambio brusco en 0.1. Entre 1000 y 200,000 sepuede tomar C como 0.44 y por encima de 200,000 C toma unvalor de 0.20 dependiendo de la turbulencia y la rugosidad de lasuperficie.

cg

CuDF

8

22

)/(2 DuC

DuC

24

Resistencia al movimiento para formast i dif t d l t f i


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geomtricas diferentes de la atmsferica

Ds es el dimetro de la esfera que tiene el mismo volumen que la partcula.

C es funcin del nmero de Re, de la esfeicidad de la partcula (definidacomo la relacin de la superficie de la esfera que tiene el mismo volumen que

la partcula a la superficie real de la partcula) y de la relacin Ds/Dn, dondeDnes el radio del crculo que tiene la misma rea que la seccin recta de lapartcula en un plano normal a la direccin del movimiento.

Para partculas isomtricas, que tienen ejes perpendiculares entre s e iguales.C es funcin de Re y de la esfericidad. Para los tetraedros que tienen

esfericidad de o.67 la curva se presenta en la figura siguiente. Si las partculasno son isomtricas, en la regin de flujo laminar, C es una funcin de Re, de laesfericidad y de la relacin Ds/Dn.

5.0

3

)(4

C

gDu sst

Coeficientes de arrastre para esferas y tetraedros


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p y

Separacin de tamaos por sedimentacin libre


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p p

Para partculas del mismo material y forma pero de diferentetamao, s y son constantes, C es funcin nicamente de Re.

En la regin laminar ut=K1D2 En la regin turbulenta, C es constante:

ut=K2D0.5 En la zona de transicin:

ut=K3 (D/C)0.5

Las constantes K se determinan experimentalmente

La separacin entre dos tamaos de partculas se puede efectuar

seleccionando una velocidad de fluido intermedia entre lasvelocidades lmites de los dos tamaos que se desean.

Separacin de materiales por diferencia de densidades


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Para dos materiales diferentes del mismo tamao y forma similarde las partculas y para C constante

5.0

3

)(4

a

sa

taC

gDu

5.0

3

)(4

b

tbC

gbDu

5.0

sb

sa

tb

ta

u

u

CENTRIFUGACIN


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CENTRIFUGACIN

Es el proceso por el cual se separan partculasdiluidas por medio de una fuerza llamadacentrifuga la cual hace que los objetos de

sometan a grandes velocidades y de esta formase puedan separar dichas soluciones.

Como se efecta la centrifugacin


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Como se efecta la centrifugacin

Para llevar a cabo el proceso de centrifugacin se debetener una centrfuga que las hay de tres tipos

de baja velocidad, de sobremesa o clinica

Centrifugas de alta velocidad Ultra centrifugasY estos tipos de centrifugas pueden tener dos tipos de

rotores:

Rotores flotantes De Angulo fijo de rotores verticales.

Tipos de centrifugacin


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Tipos de centrifugacin

Hay dos tipos de centrifugacin para separarpartculas:

Centrifugacin analtica

Centrifugacin preparativa



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Con la centrifugacin analtica lo que se pretende es estimarpropiedades fsicas de alguna partcula en concreto: sus propiedadeshidrodinmicas.

Para poder aplicar la tecnologa de la centrifugacin analticadeben cumplirse una serie de requisitos:

Que se aplique a sustancias lo ms puras posible, no a grandesmezclas. Que presenten una mayor capacidad de giro, en torno a las100.000 r.p.m.

En cuanto al tipo de rotores, se necesita que las paredes del tubose encuentren alineadas con las lneas de fuerza y estn provistos desistemas pticos capaces de detectar la sedimentacin de la partculaen cada momento.


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El objetivo de la centrifugacin preparativa esaislar partculas especficas.

Existen dos mtodos de separacin encentrifugacin preparativa:A.- Centrifugacin diferencial.

B.- Centrifugacin en gradiente de densidad.

Centrifugacin diferencial


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Centrifugacin diferencial

Es el mtodo ms comn de separacin, En estemtodo, el tubo de centrfuga se llena con una mezclauniforme. Tras la centrifugacin se obtienen dosfracciones: un pellet que contiene el material

sedimentado y un sobrenadante con el material nosedimentado. El mtodo es bastante inespecfico, y apriori no se puede saber si la partcula buscada quedaren el sobrenadante, en el pellet o repartido entre ambos;

sin embargo es una tcnica muy til, sobre todo paraaislamiento de clulas y orgnulos subcelulares.

Tipos de centrifugas


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Pequeo tamao.Sin refrigeracin.

Mxima velocidad: 5000 rpm.til para partculas grandes (clulas, precipitados de salesinsolubles)

Velocidad entre 18000 y 25000 rpm.Refrigeradas, algunas con sistema de vaco.

tiles en la separacin de fracciones celulares.Insuficientes para la separacin de ribosomas, virus omacromolculas.

Velocidad: a partir de 50000 rpm.Presentan sistemas auxiliares: sistemas de refrigeracin,sistemas de alto vaco.2 tipos:- Analticas: obtencin de datos precisos de propiedades desedimentacin (s, PM).-Preparativas: aislamiento de partculas de bajo S (microsomas,

virus, macromolculas).

CENTRIFUGACIN


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CENTRIFUGACIN SE UTILIZA LA FUERZA CENTRIFUGA PARA

SEPARAR LOS LQUIDOS DE LOS SLIDOS. EN UNA CENTRIFUGA LA FUERZA QUE

ACTA SOBRE EL LQUIDO ES MAYOR QUE

LA DE LA GRAVEDAD AL USAR LA FUERZACENTRFUGA DADA POR:

Fc = Wu2/(gc r)F, fuerza desarrollada en Kg; W, masa del

conjunto giratorio ms la carga, Kg-masa;u, velocidad perifrica de la cesta, m/s; r,radio de la cesta, m; gc, la gravedad, 9.8

Kg-masa(m)/Kg-fuerza (s2

)

TCNICAS QUMICAS


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TCNICAS QUMICAS PRECIPITACIN

CRIOGNICAS (SECADO PORCONGELAMIENTO)

EN CALIENTE CON KEROSENE

SOL-GEL TOSTADO POR VAPORIZACIN

DESCOMPOSICIN

HIDROTERMIA

PLASMA

CAMA FLUIDIZADA

Dosificacin y Mezclado


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Los componentes que se adicionan para ser dosificados

pueden estar en forma de materiales granulares, polvos,lquidos, soluciones qumicas, emulsiones, o lodos.

Las materias primas almacenadas se transportan para seralimentadas, proporcionadas gravimtricamente ovolumtricamente, y luego son cargadas en un mezclador paraformar una tanda.

El mezclado debe ser bien controlado para producir una tandahomognea de consistencia apropiada, dispersar aditivos,distribuir la humedad.

La dosificacin y mezclado inapropiados pueden originarproblemas posteriores en el secado y defectos en el productocalcinado o sinterizado.

Artefactos para alimentacin de slidos secos


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Artefactos para alimentacin de slidos secos


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Dependencia del tipo de flujo sobre lapendiente y el ngulo de friccin cinticaentre el material y la pared de unreceptculo cnico

Efecto de la compresibilidad sobre el Flujo de fluidos[R l h L C J C A 11 21 28 (1970)]


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[Ralph L. Carr Jr., Ceram. Age11, 21-28 (1970)]

Compresibilidad%

Descarga Flujo Angulo dereposo

5-18 Grnulos fluyendolibremente

Bueno a excelente 25-38

18-22 Polvo y grnulos Aceptable 35-45

22-28 Polvo muy fluido Fluibilidad(inestable,

discontinuo, mana aborbotones

33-40

>28 Polvo cohesivo Muy pobre >60

GRANULACIN


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Los materiales granulares que contengan un lquido, ligante y polvosemiseco contienen aglomerados que varan en tamao, forma y

densidad, y no fluyen bien, no se empacan densamente y no secompactan en una microestructura densa.

Los procesos de granulacin se usan para producir un material a seralimentado en una operacin que sea de aglomerados controlados

llamados grnulos.

Granulos en polvo se obtienen al admitir un lquido o una solucinde un ligante y otros aditivos en un polvo agitado o indirectamentePor atomizacin-secado del sistema en forma de lodo. El secadopor atomizacin se puede usar para reducir el contenido de lquidoEn un lodo, lo que podra formar una torta filtrada de muy bajaPermeabilidad, tal como una masa para extrusin que contengaun ligante de elevado peso molecular.

Secadores por atomizacin: (Izq.) Secador por atomizacin encorriente directa con atomizador centrifugo (der.) Secador por


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co e te d ecta co ato ado ce t ugo (de .) Secado poatomizacin de flujo mezclado con atomizador de boquilla

Granulos obtenidos en un secador por atomizacin:Ferrita de Zinc Manganeso en forma de grnulos densos


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(der., 600 microm.) y grnulos huecos (Izq., 60 microm.)

Boquilla de dos fluidos (mezclado


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Boquilla de dos fluidos (mezcladoexterno)

Para atomizacin de un lodo ygrnulos de Almina con texturas

rugosa y lisa

Mezclado


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El mezclado es el proceso que se usa para reducir laescala de segregacin de los componentes y paramejorar la uniformidad qumica y fsica de una mezcla.

Una mezcla es homognea cuando su composicin novara con la posicin.

Todas las mezclas no son homogneas cuando seexaminan a una escala inferior al tamao de suscomponentes.

La velocidad de mezclado y la uniformidad obtenidadependen de la mecnica del artefacto de mezclado, delgrado de carga, y de las propiedades qumicas y fsicasde la mezcla.

Rangos de operacin de mezcladores para lodos, pastas y cuerpos plsticos


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Mezcladores intensivos: a) Tipo helicoidales de cintab)Tipo Sigma c) Planetario doble


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b)Tipo Sigma c) Planetario doble

Mezcladores tipo V y cnicos


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Unidad 1 Procesos Mat Ceramicos Silvio Del Basto

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