TEMA 14: SEPARACIÓN DE SÓLIDOS Flashcards
OBJETIVO DE LA SEPARACIÓN
Utilización de técnicas que permitan separar y clasificar las partículas de un sólido en función de su tamaño.
MÉTODOS DE SEPARACIÓN
- Tamización
- Sedimentación
- Elutriación
TAMIZACIÓN (CARACTERÍSTICAS)
Tamiz: entramado de hilos que se clasifica en función de su luz de malla.
Características de los tamices industriales:
* Tamices de gran superficie
* Tamices de gran resistencia mecánica y química:
No puede desgastarse ni ceder materiales. Cantidades muygrandes para que no se rompa y no se pierda la luz de malla. Inerte químicamente no problemas de toxicidad
* Las fibras son de sección circular, porque si fuera plana rozaría, y si es circular favorece que pase a su través.
Es fundamental en la separación para que no se enganchen, si tienen ángulos algunos sólidos pueden
engancharse y no caer cuando deberían caer, disminuyendo así el grado de éxito.
Se usan preferentemente Tamices en línea, es decir, de forma continua, y así no tienes que descargar el
producto para ponerlo en otro. De esta forma tiene más rendimiento y menos peligro de contaminación.
TAMIZACIÓN (TAMICES)
Disposición de los tamices:
La tamización puede ser en cascada o en línea. Se usan normalmente en línea, que pueden ser tamices
separados o tamices rotatorios.
Los tamices en cascada son discontinuos, donde tenemos una luz de malla grande que va disminuyendo la
abertura de malla hasta el tamiz más pequeño. Es discontinuo porque para recoger esto tengo que para el
proceso e ir quitando uno a uno. Lo usamos en análisis granulométrico.
Lo ideal sería los tamices en línea, donde se empieza con un tamiz fino donde quedan las partículas groseras
arriba, y estas van pasando a distintos tamices. Se disponen los tamices uno al lado del otro, y en la parte
inferior recipientes que recogen el material excluido por la luz de malla. Ventaja: cuando tenemos el
material ya separado, lo quitamos y ponemos una cubeta vacía sin necesidad de parar el proceso para
recoger las distintas fracciones. En continuo.
Forma de los tamices puede variar, pueden ser rectangular o cilíndricos (+) seguidos que conforman varios
tamices en línea.
El tamiz rotatorio también está en línea, entra el producto y conforme va girando voy tamizando en distintos
tamaños.
vIBRATORIO: en columna con unos salientes a nivel de cada tamiz que permite que estes alimentando la cascada de forma continua y el material separado tmb sale de forma continua. es un dispositivo en columna en continuo (no es lo habitual)
Modificaciones de la tamización convencional:
Agitación: se somete el conjunto a vibraciones u oscilaciones mecánicas y/o se dota de un movimiento
elíptico que favorece la reorientación de las partículas.
Cepillado: un cepillo recorre la superficie del tamiz y favorece la reorientación de las partículas para evitar la
obturación de la luz de malla (las que cumplen el tamaño de exclusión se quedan encima de las que obturan
y no pasan).
Centrifugación (rotación): Se usan tamices cilíndricos en cuyo interior se encuentra un rotor que crea una
corriente de aire que impulsa las partículas sobre el tamiz. La corriente de aire creada favorece el cribado,
sobre todo cuando se procesan polvos muy finos. Se fuerza su paso para evitar que el proceso sea eterno.
SEDIMENTACIÓN
Se basa en que las partículas de diferente tamaño presentan diferentes velocidades de sedimentación (a
mayor tamaño mayor velocidad de sedimentación).
Aquí no se separa sólido de sólido, sino que estas partículas tienen que estar en algún medio, ya sea aire o
líquido, y en función del tamaño de partícula sedimenta a una velocidad u otra. Puede ser:
Gravitacional (partículas de 2-1000 micras)
- Pipeta Andreasen
- Cámaras de sedimentación en continuo
Centrifugación (partículas hasta 0.1 micras): En este caso se pueden separar partículas mucho más pequeñas
que con la gravitacional. El método de elección lo determinará el tamaño de partícula.
- Sencilla
- Multicámaras
Ciclónicos (partículas de 1-25 micras)
SEDIMENTACIÓN GRAVITACIONAL
Partículas de 2 a 1000 micras
Pipeta Andreasen:Es discontinuo.
Cámaras de sedimentación en continuo: Poseen un diseño troncocónico. Son cilindros que acaban en forma
de cono de donde se recoge la fracción de sólido separado. Los conos (cámaras) se ponen en serie y existen
tantos como fracciones deseemos recoger (cámaras variables en numero). La suspensión entra por la parte
superior y recorre la cámara mediante un flujo laminar (queremos evitar turbulencias que arrastren las
partículas a un nivel que no toca). Las partículas recorren la cámara mediante un movimiento parabólico más
o menos amplio en función de la fuerza resultante a las 2 fuerzas que soportan, que son la velocidad del
fluido (horizontal) y la velocidad de sedimentación (vertical) que depende del tamaño de la partícula, por lo
tanto, el resultado de estos dos vectores determinará ese movimiento parabólico. Si las partículas no poseen
un tamaño suficiente como para sedimentar y van lo bastante rápido saldrán por la parte superior de la
cámara.
¿Qué partículas caerán más cerca de la salida? Las más pequeñas y que vayan a mayor velocidad (flujo rápido).
¿Qué partículas caerán más cerca de la entrada? Las más grandes y que vayan a menor velocidad (flujo lento).
NOTA: Se puede forzar la sedimentación
mediante fuerzas centrifugas si las
partículas son muy pequeñas ya que en
estos casos no resulta útil una cámara
de sedimentación continua.
SEDIMENTACIÓN CENTRÍFUGA
Partículas hasta 0,1 micras
La velocidad de sedimentación aumenta al aplicar una fuerza
centrífuga.
Dispositivo: se basa en una cámara que contiene cilindros de
diferentes diámetros delimitados por tabiques móviles y fijos
que se disponen de forma alterna y están inacabados (dejan un
espacio de paso).
o Parte inmóvil: recipiente externo y tabiques fijos.
o Parte móvil: tapa y tabiques fijos conectados al rotor.
Funcionamiento: las partículas penetran por el cilindro central, al cerrar la tapa, se genera una fuerza
centrífuga cuya magnitud varía de menor (eje central) a mayor (conforme nos alejamos del centro). Las
partículas recorren los diferentes tabiques por el efecto de la fuerza resultante entre la velocidad del fluido
programada y la derivada de el tamaño de partícula (velocidad de sedimentación). Esta trayectoria es oblicua
y será más cerrada u abierta en función de las 2 variables comentadas.
Si la trayectoria es cerrada, la partícula chocará contra el tabique y quedarán más adheridas en la parte
central, en cambio, si es más abierta, las partículas llegarán al extremo y pasarán de un cilindro a otro. El
pasar de un cilindro a otro implica un aumento de la fuerza centrífuga, y partículas que no se habían
retenido en cilindros anteriores pueden quedar retenidas y así sucesivamente.
Resultado: los cilindros más próximos al centro retendrán partículas más groseras y conforme nos alejamos
del centro, serán más finas. Es un proceso discontinuo ya que hay que parar la centrífuga para recoger las
distintas fracciones.
Ventaja: permite separar partículas más pequeñas que la cámara no permite.
SEPARADORES CICLÓNICOS
Partículas de 1 a 25 micras
Una de sus peculiaridades es que la suspensión de partículas es suspendida en el aire y este fluido adopta un
movimiento en espiral (fuerza centrífuga).
Dispositivo: cámara troncocónica (cilindro acabado en cono) en la que los fluidos entran por la parte
superior mediante un flujo tangencial a un determinado caudal (presión y velocidad).
Funcionamiento: el fluido entra por la parte superior y recorre la cámara por la periferia con una trayectoria
en espiral descendente hasta el fondo. Al llegar a la parte más estrecha (cónica) asciende describiendo una
espiral más estrecha y concentrica y puede escapar por la parte superior. Las partículas más groseras chocan
con la pared del ciclón, resbalan y se recogen en la parte inferior. Las que no tienen un tamaño suficiente
subirán y escaparán por la parte superior.
¿De qué depende el tamaño de las partículas que logramos recoger de la parte inferior? Del caudal de
entrada (presión más velocidad ~ fuerza centrífuga) y de la dimensión de la cámara.
Ventaja: permite centrifugar tamaños más pequeños.
ELUTRIACIÓN
El flujo se mueve en sentido inverso a la sedimentación. Si las partículas sedimentan hacia abajo, se le aplica
una correine hacia arriba. La resistencia que pongan esas partículas a la corriente dependerá del tamaño de
partícula, por eso en las partículas más pequeñas la velocidad de sedimentación es menor a la velocidad de
fluido. Mientras que en las grandes la velocidad de sedimentación gana a la velocidad de fluido.
Cuando se aplica un flujo las diferencias entre partículas son más grandes y permite separar partículas de
distinto tamaño.
Elutriadores multietapa: la suspensión se introduce por la parte inferior de la columna más estrecha. La
velocidad de flujo disminuye a medida que se incrementa el diámetro de la columna separándose partículas
de tamaño decreciente. Al disminuir la velocidad de flujo disminuye el tamaño de las partículas que van
sedimentando. Si la velocidad de flujo es mayor sedimenta las partículas más grandes, pero no las pequeñas.
Se ponen en serie y se van agrandando las pipetas y vas recogiendo partículas de mayor a menor tamaño.
A menor sección, mayor velocidad de fluido y por tanto mayor tamaño.
CRITERIO DE SELECCIÓN DEL DISPOSITIVO
EFICIENCIA DE LA SEPARACIÓN
La eficiencia mide el grado de éxito alcanzado en la separación de un polvo en partículas de distintos intervalos de tamaño, osea tengo que ver entre qué rangos está, qué capacidad tengo de falsos positivo o falsos negativos. La eficiencia depende de:
- Propiedades de las partículas
- Del fluido y método empleado
No existe una expresión cuantitativa referente a la eficiencia generalmente aceptada.
El OBJETIVO es que, si tenemos partículas que pasan a través de un tamiz, poder reunir todas las finas juntas al igual que las gruesas, osea que no haya ningún fino en lo grueso y ningún grueso en lo fino.
Ejemplo: tenemos una mezcla con fino (por debajo del tamaño de luz de malla) y con grueso (por encima del tamaño de luz de malla). En una distribución normal la mitad de los finos están por debajo de la luz de malla
y la mitad de los gruesos estaría por encima de la luz de malla.
En la parte izquierda tengo lo finos y en la parte derecha lo gruesos (primera gráfica). Cuando se tamiza, tengo parte que se queda por arriba del tamiz, que se llama rechazo, y parte que pasa el tamiz, que se llama
cernido. Rechazo no es sinónimo de gruesos ni cernido de fino.
Si tuvieran una eficiencia del 100% significa que en la parte de cernido no hay ningún grueso, mientras que en la fase de rechazo no hay ningún fino. Por lo que tengo dos curvas sigmoideas de frecuencia donde a un
lado tengo el grueso y a un lado el fino (gráfica del medio).
En la realidad lo normal es que la eficiencia no sea del 100%, osea que algún fino no sea capaz de pasar el tamiz y algún grueso pase el tamiz (tercera gráfica). Parte del rechazo serán finos y parte del cernido serán gruesos.
Conforme más parte de fino haya en el grueso, menos eficiencia habrá. Como tengo dos curvas tengo que diferenciar la eficiencia en el cernido y la eficiencia en el
rechazo. Si en el rechazo no tengo ningún fino, ahí tengo eficiencia del 100%; pero sin embargo no tendré una eficiencia de 100% en el cernido si algún grueso ha pasado.
ECUACIONES
