¡Descarga Reducción de Tamaño y Tamizado en Ingeniería Biológica: Operaciones Unitarias 1 y más Resúmenes en PDF de Ciencias solo en Docsity!
TECNOLÓGICO NACIONAL DE MÉXICO
INSTITUTO TECNOLÓGICO DE ACAPULCO
INGENIERÍA BIOQUÍMICA
MATERIA: OPERACIONES UNITARIAS 1
PROFESORA: BEATRIZ GABRIEL SALMERON
TEMA: REDUCCIÓN DE TAMAÑO Y TAMIZADO
GRUPO: IB2 EQUIPO: 6
INTEGRANTES No. DE CONTROL ANICA HERNÁNDEZ STEFANY CRISONTINA 21320747 DELGADO SALINAS HANNIA YULEIDY ESPINOZA SÁNCHEZ JESÚS ALFONSO 21320775 GUEVARA OJEDA DANNA PAOLA 21320787 PEÑALOZA DOLORES FANNY ALEIDA 21320860 RODRIGUEZ CRISTOBAL DANIELA GRETTEL 21320874 PERIODO: ENERO- JUNIO 2024 FECHA DE ENTREGA:
Contenido
- 1.1 REDUCCIÓN DE TAMAÑO
- 1.1.1 IMPORTANCIA DE LA REDUCCION DE TAMAÑO
- 1.1.2 EQUIPOS DE REDUCION DE TAMAÑO
- 1.1.3 CONCEPTOS BÁSICOS
- 1.1.3.1 PROPIEDADES DE LOS SOLIDOS
- 1.1.4 CRITERIOS DE SELECCIÓN
- 1.1.5 DISEÑO DE EQUIPOS
- 1.1.6 MOLIENDA DE GRANOS
- 1.1.6.1 EN SECO
- 1.1.6.2 EN HÚMEDO
- 1.2 TAMIZADO
- 1.2.1 IMPORTANCIA DEL TAMIZADO
- 1.2.2 CONCEPTOS BÁSICOS
- 1.2.3 TIPOS DE TAMICES
- 1.2.4 ANÁLISIS GRANULOMÉTRICO
- 1.2.5 CRITERIOS DE DISEÑO Y SELECCIÓN DE TAMICES.
- 1.2.6 EFICIENCIA DEL TAMIZADO
va a mostrar una energía de tensión debida a la modificación de su estructura química y un aumento en su energía interna; posteriormente se le aplican diversas fuerzas al mismo sólido para fracturarlo en trozos más pequeños. Cuando el material se rompe adquiere nuevas áreas superficiales, y cada nueva superficie requiere de más energía que está en función del tipo de material, dureza, etc. La fuerza mecánica aplicada afecta la eficiencia de reducción de tamaño y exige una energía distinta o, mejor dicho, específica para obtener el tamaño deseado. Ecuación de Bond mostrada a continuación indica el índice de trabajo requerido para obtener una partícula de cierto tamaño: Figura 2. Ecuación Donde: P es la potencia eléctrica (hp) T es la velocidad de alimentación (ton/min) Dp es el tamaño de producto (pies) Df es el tamaño de alimentación (pies) Ei es el trabajo bruto requerido para reducir el tamaño de alimentación (existen valores en tablas para ciertos materiales). 1.1.1 IMPORTANCIA DE LA REDUCCION DE TAMAÑO La reducción de tamaño en operaciones unitarias es importante por varias razones:
- Mejora de la eficiencia: Al reducir el tamaño de las partículas o el volumen de las operaciones unitarias, se incrementa la eficiencia de los procesos al aumentar la superficie de contacto y facilitar las reacciones químicas o físicas.
- Mejora en la transferencia de calor y masa: La reducción de tamaño suele mejorar la transferencia de calor y masa en las operaciones unitarias, lo que resulta en una mayor eficiencia en la separación de componentes, la evaporación, la cristalización, entre otros procesos.
- Ahorro de energía: Al reducir el tamaño de las partículas, se requiere menos energía para llevar a cabo las operaciones unitarias, lo que se traduce en ahorro de costos y una menor huella ambiental. 4. Mejora en la calidad del producto: Al reducir el tamaño en operaciones unitarias como la molienda o la mezcla, se puede obtener un producto final con propiedades más homogéneas y mejor calidad. La reducción de tamaño en operaciones unitarias es fundamental para optimizar procesos industriales, mejorar la calidad del producto y reducir costos operativos. 1.1.2 EQUIPOS DE REDUCION DE TAMAÑO ALIMENTOS SÓLIDOS. Para el estudio de la maquinaria utilizada en la reducción de tamaño de alimentos sólidos, clasificamos a estos en: Alimentos fibrosos. La mayor parte de las carnes y de las frutas y verduras pertenecen al grupo de alimentos “fibrosos”. Existen cinco tipos principales de máquinas para la reducción de tamaños. C lasifican de acuerdo con el tamaño de las partículas que con ellas se obtienen. Son los siguientes: Rebanadora. Consiste esencialmente en una serie de cuchillas rotatorias o de vaivén que cortan el alimento que circula bajo ellas. Cortadora en cubos. El alimento en cuestión primero se corta en rebanadas y luego en tiras por la acción de unas cuchillas rotatorias. Las tiras se alinean a su vez a un segundo conjunto de cuchillas rotatorias que efectúa el corte en cubos. Cortadora en escamas. Es semejante a la rebanadora. En ella las escamas se obtienen por un tipo especial de cuchillas y el espacio entre ellas.
similar a un rodillo de vapor y pulverizan los artículos en partículas o fibras más pequeñas ALIMENTOS LÍQUIDOS. La reducción de tamaño en alimentos líquidos se consigue por: Emulsificación. Consiste en la formación de una emulsión estable mediante la mezcla íntima de dos o más líquidos no miscibles de forma que uno (la fase dispersa) se dispersa en forma de pequeñas gotitas en el otro (la fase continua). Los tipos más sencillos de emulsión líquido-líquido son: Aceite en agua Agua en aceite Homogeneización. Consiste en la reducción de tamaño (de 0,5 a 3 mm) y el incremento del número de partículas sólidas o líquidas en la fase dispersa, por aplicación de grandes fuerzas de cizalla, con objeto de lograr contacto íntimo entre los componentes y la estabilidad de ambas sustancias. Diferenciamos: Mezcladoras a gran velocidad. Estos homogeneizadores, de turbina o hélice, se utilizan para la premezcla de emulsiones de líquidos de baja viscosidad. Su acción se produce por la fuerza de cizalla que se genera en los bordes y en los extremos de las palas. Homogeneizadores a presión. Están constituidos por una bomba de alta presión, dotada de una válvula homogeneizadora en la boca de descarga. Al bombear el líquido a través del espacio existente entre la válvula y su asiento se genera una elevada presión y el líquido se mueve a gran velocidad. Molinos coloidales. Estos homogeneizadores son, en esencia, molinos de discos. En ellos, la fuerza de cizalla se genera por la acción de un disco vertical que rueda sobre un disco estacionario, separados ambos por un espacio muy pequeño (0, a 1,3 mm). Homogeneizadores ultrasónicos. Mediante ondas sónicas de elevada frecuencia (18-30 KHz) se producen ciclos alternantes de compresión y expansión en los líquidos de baja viscosidad y la cavitación de las burbujas de aire provoca una emulsión en gotitas de 1-2 mm.
1.1.3 CONCEPTOS BÁSICOS
La reducción de tamaño es una operación unitaria en la que el tamaño medio de los alimentos sólidos o líquidos se reduce por la aplicación de fuerzas de compresión, impacto o cizalla “La reducción de tamaños se utiliza para adecuar los alimentos a ciertos procesos de elaboración, para mejorar su comestibilidad y para aumentar la gama de fabricados.” A la pulverización y formación de partículas de muy pequeño tamaño se le denomina trituración. A la reducción de tamaño aplicada a glóbulos de líquidos no miscibles se denomina homogeneización o emulsificación. ¿Qué es la operación unitaria molienda? Como se sabe, la molienda es una operación unitaria que reduce el volumen promedio de las partículas sólidas al dividir y/o fraccionar una muestra sólida La molienda es una operación unitaria que reduce el volumen promedio de la partículas de un material sólido. La reducción se lleva a cabo dividiendo o fraccionando la muestra por medios mecánicos hasta el tamaño deseado. ¿Qué nos indica la abertura del tamiz? Nos indica el diámetro equivalente, que se define como el diámetro de la esfera de mayor tamaño que pasaría a través de la malla. Es importante especificar siempre la forma del agujero, ya que los resultados del tamizado son radicalmente distintos si lo que utilizamos es una malla con un agujero cuadrado de 100 μm., o bien una chapa perforada redonda de 100 μm.Ø. En consecuencia, la partícula podría tener distintos diámetros equivalentes de tamiz en agujeros cuadrados o redondos.
Tamizado mecánico: Se realiza mediante tamizadoras. Se pueden dividir en tres grupos principales: Tamizadoras electromagnéticas: La vibración es generada por medio de una bobina o electro-imán. Generalmente imprimen un movimiento tridimensional, ya que además de un movimiento vertical, pueden generar un movimiento de rotación de la carga por encima de la superficie del medio tamizante. Ventajas: muy apropiadas para materiales de densidad elevada y para ensayos por via húmeda. Inconvenientes: debido a la propia naturaleza de la vibración, no es aconsejable para productos poco densos o con elevado indice de friabilidad. Tamizadoras orbitales: Por medio de un motor se transmite un movimiento bidimensional a la carga con ausencia de vibración. Ventajas: muy apropiadas para partículas de forma cilíndrica y baja densidad (por ejemplo granos de cereales, centeno,etc), y materiales de alta friabilidad, ya que transmiten un movimiento suave que no daña a las partículas. Tamizadoras de golpeteo: Este tipo de tamizadoras combinan un movimiento excéntrico con otro de golpeteo vertical cada 2/3 revoluciones sobre la columna de tamices. Ventajas: es el sistema mecánico que más se asemeja al tamizado manual. Elevados indices de repetibilidad. Inconveniente: aparatos ruidosos que muchas veces obligan a adaptar un recinto o cofre solo para ellos. Tamizado sónico: Se realiza por medio de tamizadoras que están basadas en la vibración que se transmite a una muestra mediante ondas acústicas de muy baja frecuencia. Está especialmente indicada para tamizados hasta 3μm de materiales de difícil tamizado. Ventajas: sistema muy rápido; baja colmatibilidad del medio tamizante. Inconveniente: utilizable en una estrecha gama de aberturas. Factores que influyen en el tiempo del tamizado. Características del material
Volumen de la carga inicial Intensidad del tamizado Abertura nominal del tamiz con respecto la granulometría de la muestra Las características del medio tamizante Condiciones ambientales 1.1.3.1 PROPIEDADES DE LOS SOLIDOS ¿Qué es un sólido? El estado sólido (del latín solidus, “macizo” o “firme”) es uno de los cuatro estados de agregación de la materia, junto con los estados líquido, gaseoso y plasmático, es decir, uno de los cuatro modos en que se presenta la materia en el universo. A diferencia de los otros tres estados, los sólidos presentan una estructura rígida, resistente a los cambios de forma y de volumen y totalmente carente de fluidez, debido a que sus partículas están organizadas de un modo muy estrecho e intenso, dentro de una estructura tridimensional propia. La clave de la física de los sólidos está en la organización de sus partículas, que puede ser de tres tipos esenciales: Sólidos cristalinos. Son aquellos cuyas partículas se ordenan en base a un patrón estable y recurrente, formando estructuras geométricas llamadas cristales. Estos últimos se suman unos a otros para formar un patrón más grande todavía, conservando su estabilidad y su resistencia conjunta. Sólidos semicristalinos. Son aquellos cuyas partículas presentan cierta tendencia a la organización en patrones, pero que no se repiten del todo, por lo que no llegan a formar cristales.
temporalmente su forma y recuperarla una vez que cese la fuerza actuando sobre ellos (sólidos elásticos). Incompresibilidad , esto es, que los sólidos no pueden comprimirse. Ejemplos de sólidos Algunos ejemplos de sustancias sólidas de distinto tipo son: Los metales, como el hierro, la plata, el oro y las aleaciones posibles entre ellos, a excepción del mercurio. La madera y el corcho, y otros materiales de origen vegetal. Los plásticos creados por el ser humano, como el poliestireno o el poliuretano. Las rocas y minerales que se encuentran bajo tierra, como la bauxita o el ónix. El hielo, tanto el formado por agua, como por dióxido de carbono (“hielo seco”). El concreto y el hormigón, formados por mezclas de distintas partículas aglutinantes. Los cristales puros de carbono, como es el caso de los diamantes. Los materiales cerámicos como la loza, la terracota o el ladrillo. Las piedras decorativas como el ágata, el jade, la obsidiana, entre otras. Los polímeros de origen vegetal como la celulosa de las hojas y los tallos de las plantas. Los huesos del cuerpo de los animales vertebrados, entre ellos del ser humano. Las conchas calcáreas de los bivalvos y otras criaturas marinas. El papel, el cartón y otros derivados industrializados de la fibra vegetal. Las telas tanto naturales como sintéticas. Los cristales de sal y de azúcar. El ámbar y otras resinas fosilizadas. El yeso y la arcilla una vez que se han dejado secar al aire libre. Las perlas formadas de nácar dentro de las conchas de las ostras. El cabello y el pelaje del ser humano y los animales.
La cáscara de quitina de los insectos y otros artrópodos. La arena, la grava y otros restos de la erosión de las rocas. El plutonio y otros materiales radiactivos de larga vida activa. El vidrio en sus distintos tipos. Las semillas de las plantas. El magma terrestre una vez que se ha enfriado lo suficiente. Los materiales sintéticos compuestos, como el grafito rayón o el acrilonitrilo butadieno estireno (ABS). Algunos elementos metaloides como el silicio, el germanio y el telurio. El cartílago, los dientes y las uñas del cuerpo humano. Las capas rígidas de suelo terrestre congelado, conocido como permafrost. Los meteoritos y otros objetos siderales. 1.1.4 CRITERIOS DE SELECCIÓN En la industria generalmente se trabaja con sólidos los cuales precisan de una reducción previa del tamaño de los trozos, gránulos o partículas La operación de disminución o reducción de tamaños consiste en la producción de unidades de menor masa a partir de trozos mayores; para ello hay que provocar la fractura o quebrantamiento de los mismos mediante la aplicación de presiones. Los requerimientos de tamaño son diversos para cada tipo de productos, de ahí que se utilicen diferentes máquinas y procedimientos. Importancia de la reducción de tamaño La importancia de la operación de reducción de tamaño o desintegración de trozos, gránulos de partículas, no consiste solamente en obtener pedazos pequeños a partir de los grandes, sino que también se persigue tener un producto que posea determinado tamaño granular comprendido entre límites pre- establecidos porque se da el caso que un sólido con un intervalo de tamaño satisfactorio para una operación determinada, puede resultar inconveniente para otra operación, aunque se trate de la misma substancia
Los métodos de reducción más empleados en las máquinas de molienda son compresión, impacto, frotamiento de cizalla y cortado. Compresión: Reducir sólidos duros a tamaños menores, con presión arriba y abajo. Impacto: Romper por golpe, produce tamaños gruesos, medianos y finos. Frotación o cizalla: Produce partículas finas, puede ser con un serrucho. Cortado: Se realizan cortes con tamaños prefijados. Requerimiento de energía La energía requerida para la fractura depende del tipo de material, tamaño, dureza y otros factores. La magnitud de la fuerza mecánica aplicada, su duración, el tipo de fuerza (compresión, esfuerzo cortante e impacto) y otros factores, afectan la eficiencia y alcance del proceso de reducción de tamaño. Factores importantes del proceso de reducción de tamaño: cantidad de energía o potencia consumida, tamaño de las partículas y superficies nuevas formadas. 1.1.5 DISEÑO DE EQUIPOS Los equipos que se usan para disminuir el tamaño de partículas se denominan en general molinos. Se puede procesar desde pocos kilogramos por hora (operaciones de baja escala) hasta cientos de toneladas por hora (e.j. en la industria minera). En muchas ocasiones el material debe molerse desde aglomerados de gran tamaño hasta polvo muy fino. Probablemente un solo molino no sea capaz de lograr la reducción deseada, entonces será necesaria una secuencia de equipos para lograr el objetivo. Las principales clases de máquinas para reducción de tamaño son: 1.- Trituradoras (gruesos y finos) Trituradoras de mandíbulas.
Trituradoras giratorias. Trituradoras de rodillos. 2.- Molinos (intermedios y finos) Molinos de martillos, impactores. Molinos giratorios de comprensión. o Molinos de rodillos. o Molinos de barras. Molinos de fricción. Molinos giratorios. o Molinos de barras. o Molinos de bolas y guijarros. o Molinos de tubos; molinos compartimentados 3.- Molinos de ultra finos. Molinos martillos con clasificación interna. Molinos que utilizan la energía de un fluido. 4.- Máquinas Cortadoras. Cortadoras de cuchilla, de cuadrados y de tiras. Estas máquinas realizan su trabajo de formas completamente diferentes. La compresión lenta es la característica de las trituradoras. Los molinos emplean impacto y frotamiento, combinados a veces con compresión; los molinos de ultrafinos operan principalmente por frotamiento. La acción cortante es, la característica de las cortadoras. EQUIPO DESCRIPCIÓN CARACTERISTICAS APLICACIONES TRITURADORAS (GRUESOS Y FINOS) Trituradora de Es uno de varios Se caracteriza por las Se utiliza en una
húmedos y de naturaleza pegajosos, así como compuestos abrasivos. opuesto sobre sus propios ejes, presionando el material entre ellos para efectuar la trituración. Trabajan por cizallamiento, o esfuerzo de corte, como consecuencia del trabajo de los dientes. MOLINOS (INTERMEDIOS Y FINOS) Molinos de martillos, impacto Un molino de martillos es una trituradora que puede moler, pulverizar, y aplastar una amplia gama de materiales. Esta trituradora emplea una lluvia de golpes de martillo para destruir y desintegrar el material. En los molinos de martillos, el material es arrastrado hacia el espacio de trituración por los martillos suspendidos del rotor. La molturación ocurre principalmente por el impacto en el área de la parrilla ranurada. Las aplicaciones típicas de nuestros molinos de martillos incluyen piensos para peces, alimentos para mascotas y animales, alimentos, madera y etanol. Molinos giratorios de comprensión Molinos de rodillos Es una máquina empleada para reducir de tamaño partículas de diversos materiales utilizados en numerosos sectores industriales. En este tipo de molinos las partículas sólidas son captadas y trituradas entre uno o Alimentación de producto mediante rodillo dosificador con regulación de caudal automática por variador electrónico de velocidad con programador de carga Imán incorporado de gran potencia para separación de partículas metálicas Tradicionalmente se han empleado en: *Industria agroalimentaria para alimentos, granos y extraer almidón *Industria de la construcción para piedra y triturar cemento y grava *Minería para triturar
más medios rodantes, los cuales presionan con gran fuerza al material en la cámara de molturación. Cámara de molturación robusta en chapa de acero de alta resistencia. Regulación de acercamiento y separación de los rodillos mediante sistema de Vis accionados por motor y reductores especiales. Cuadro de control con visualizador digital para mando a distancia del ajuste de los rodillos. Accionamiento principal con motor para cada piso de rodillos con transmisión por poleas y correas dentadas carbón y otros minerales Molinos giratorios de compresión El molino de barras es una máquina que e basa en un proceso de molienda del Los molinos de barras son aplicados
