MÉTODOS Y EQUIPOS DE REDUCCIÓN DE TAMAÑO DE PARTÍCULAS

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 VICTORIA EUGENIA TOBAR TORRES (0825123)

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 OPERACIONES CON SÓLIDOS


c   JAIME JARAMILLO CASTAÑO

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c   Las industrias que trabajan con materias primas sólidas, o utilizan materiales sólidos para el tratamiento de ciertos fluidos, precisan, en general, de una reducción previa del tamaño de los trozos, gránulos o partículas. La operación de reducción o disminución de tamaño consiste, en esencia, 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 objetivos que se quieren lograr con la reducción de tamaño son: ü La producción de cuerpos sólidos con una determinada amplitud de tamaño granular o con superficies específicas preestablecidas. ü La separación, por fractura, de minerales o cristales de compuestos químicos que se hallan íntimamente asociados en el estado sólido. Existe una amplia variedad de equipos para la reducción de tamaño. Las principales razones de la falta de estandarización son la variedad de productos que se pueden triturar y las calidades requeridas de los mismos, la limitada información útil que se tiene sobre la molienda y los requisitos de diferentes industrias en el balance económico entre el costo de la inversión y el de operación. El equipo se clasifica de acuerdo con la forma en que las fuerzas se aplican, de la siguiente manera: À Entre dos superficies sólidas (trituración, desgarramiento).  En una superficie sólida (impacto o choque). × No en una superficie sólida, sino por acción del medio circundante (molino de coloides). ´ Aplicación no mecánica de la energía (choque térmico, fragmentación explosiva, electrohidráulica). La guía para seleccionar el equipo se puede basar en el tamaño y la dureza de la alimentación. A continuación se dará una clasificación de los tipos de reducción de tamaño y sus respectivos equipos.



  
V Las máquinas para la reducción grosera de tamaños se alimentan con materiales de 7 a 10 cm, y aún mayores. Para materiales duros se utilizan los quebrantadores de mandíbulas, giratorios y de discos. En el caso de materiales blandos, donde la

producción de finos es limitada, por ejemplo en la trituración de piedras de carbón a los tamaños comerciales (galleta y grancilla), se aplican los molinos de martillos o de rodillos dentados.

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#   $" los quebrantadores de Blake y de Dodge perteneces a este tipo, y actúan por aplicación de una presión trituradora o quebrantadora.  %"&: (Figura Nº01) consiste esencialmente en un bastidor de acero fundido, sobre el cual van montadas las mandíbula, una fija y otra móvil. Ambas son de acero fundido, revestidas de un metal tenaz, resistente al desgaste por rozamiento. La mandíbula móvil se apoya en su parte superior y la accionan una excéntrica, una biela de tracción y unas rótulas. La biela de tracción recibe de la excéntrica un movimiento casi vertical, y como una de las rótulas está montada sobre un apoyo fijo a un extremo del armazón del desintegrador, el movimiento de vaivén de la biela provoca sobre la otra rótula igual movimiento de balanceo. La mandíbula se mantiene firme contra la rótula gracias a la tensión de un resorte. La desintegración solo se produce cuando la mandíbula móvil avanza hacia la fija, lo que significa un consumo intermitente de energía. La máquina se acciona mediante correas ordinarias o trapezoidales.

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!"#$%& &%! (Figura Nº02) está sometido a esfuerzos desiguales debido a su propio diseño, y por esto se construye en modelos pequeños. Difiere del anterior en que la mandíbula móvil está apoyada en la parte inferior, con lo que

el ancho de la abertura de descarga p ermanece prácticamente constante, proporcionando así un producto de tamaño más uniforme. No lleva rótulas y la mandíbula se mueve por una excéntrica a través de una biela de tracción. Si el quebrantador se atasca, sus piezas resisten enormes esfuerzos por la inercia del volante. La abertura constante de mandíbulas en el punto de descarga de este quebrantador, hace que se presente una desagradable tendencia a atascarse, cosa que no ocurre con el Blake.

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#  !!estos quebrantadores actúan de modo similar a los de mandíbula, puesto que el elemento móvil desintegrador se acerca y aleja de una placa desintegradora fija. La Figura Nº 03 representa un tipo de quebrantador giratorio de !!" ! constituido por un armazón exterior que lleva una superficie tronco-cónica invertida, llamada ͞cóncava͟, y , en su interior, el pistilo desintegrador giratorio. El pistilo va montado sobre un árbol o eje que pende de un cojinete adecuado, dispu esto en la parte superior de la máquina. El extremo inferior del árbol es un eje giratorio que se mueve libremente en un manguito excéntrico. Éste va accionado por el árbol giratorio principal mediante un juego de engranajes cónicos, y gira dentro de un bastidor cilíndrico fijo. El eje del pistilo desintegrador tiene rotación libre; pero tan pronto como llega la alimentación a la máquina, cesa en su rotación sobre sí mismo, y su único movimiento es de giro, lo que determina el acercamiento y alejamiento de la cabeza del pistilo a la superficie cóncava, rompiendo por compresión el material, que desciende hacia la parte inferior de la máquina.

Los quebrantadores giratorios poseen elevadas capacidades, ya que actúan de modo continuo.

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  !""  Algunos materiales, como el carbón, el yeso, ciertos tipos de caliza, el hielo, las arcillas refractarias y los esquistos, por poseer dureza Mohs inferior a 4, no requieren el empleo de quebrantadores de tipo robusto y costoso.

# " ! %' (para carbón) reúne las dos misiones de rotura y tamizado. En la periferia de la máquina lleva un tamiz reforzado, que permite pasar al carbón cuando ya tiene un tamaño lo suficientemente reducido. La trituración se logra por rotación del cilindro; las aletas interiores del mismo elevan el carbón y lo rompen por caída e impacto durante los giros de éste. Los materiales duros, como la pizarra y los trozos de hierro, no se rompen y se descargan de manera gradual por el extremo abierto del triturador.

# " (  !""  para carbón, yeso, hielo y otros materiales blandos (Figura Nº04), realiza la desintegración por la presión de los dientes contra los trozos grandes del material. De este modo se evita la

producción excesiva de finos. También se utilizan rodillos acanalados o lisos para la trituración grosera de materiales blandos.

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# " "! !"" (Figura Nº05) los pesados bloques de acero que forman sus martillos están sujetos por bulones a un disco o discos que giran a elevada velocidad dentro de una caja robusta. Los martillos propinan fuertes golpes al material alimentado, cuando éste se halla en el aire, proyectándolo contra la placa rompedora hasta que es lo suficientemente fino para pasar a través de los huecos que quedan entre las barras (costillas) situadas en el fondo de la caja, y que actúan de tamiz. También se aplica este mismo tipo para pulverización fina, el tamaño del producto viene regulado por la dimensión de los tamices de descarga. Para trabajar con materiales húmedos, los tamices se sustituyen por placas trituradoras onduladas.

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!  ) (Figura Nº06)su accionamiento es similar al del quebrantador giratorio. El cono interior, o ͞cabeza quebrantadora͟, está sostenido por un manguito, sobre el que se desliza el árbol del cono y gira mediante un juego de engranajes o piñones cónicos movidos por el árbol principal. El peso total de la cabeza rompedora y de su árbol gravita sobre el cojinete de tejuelo, o placa de apoyo, que se lubrica con aceite a presión. La placa fija externa de trituración abre hacia fuera, de modo que la máquina se limpia por sí misma de material triturado. Estos modelos de trituradores se construyen en dos tamaños: el normal, para alimentación gruesa, y el llamado ͞de cabeza corta͟, indicado para recibir una alimentación más fina. La alimentación de los trituradores de cono debe estar seca y poseer un tamaño bastante uniforme. Se obtienen mejores resultados al operar en circuito cerrado y con tamices.

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# "!!""(Figura Nº07)está formado por dos cilindros robustos que giran en sentidos opuestos; la alimentación es aplastada y arrastrada hacia abajo por frotamiento entre los rodillos. En los trituradores modernos se propulsan ambos rodillos directamente. Como los rodillos suf ren un desgaste considerable, la superficie de trituración está constituida por un manguito de acero duro, que se encaja en caliente sobre la pieza moldeada que constituye el cilindro principal, con lo que los manguitos desgastados

pueden fácilmente substituirse. La reducción de tamaño que realizan los rodillos es relativamente pequeña, ya que el diámetro medio del producto es, más o menos, ¼ del diámetro inicial.  El diámetro y espaciado entre los rodillos se puede modificar con gran amplitud, lo que permite variaciones considerables en los tamaños de alimentación y de productos. En muchos trituradores de rodillos sussuperficies están provistas de rugosidades, barras trituradoras o dientes. Tales trituradores pueden tener dos rodillos, como en el caso de rodillos lisos, o solamente un rodillo que actúa frente a una placa estacionaria curvada.  0 c$%&%!&%((&,

 

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V La disminución de tamaños en la zona de los finos se suele llamar ͞ molienda fina͟. Los aparatos más modernos para la reducción de tamaños finos, tal como el molino de bolas, dependen más de choques o impactos que de las fuerzas de cizalla.

# " "!  !""  +  (Figura Nº8) consiste en dos rodillos suspendidos equilibradamente en árboles que giran de prisa accionados desde el extremo superior del eje principal. Por acción de la fuerza centrífuga los rodillos giratorios ejercen presión sobre un anillo triturador estacionario. Una aleta rascadora, sujeta a la cubierta protectora del eje principal, gira con éste y conduce al producto hacia la zona de trituración. Por lo general, este molino incluye un dispositivo de clasificación, gracias al cual el producto no puede abandonar la máquina hasta ser lo suficientemente fino para atravesar un tamiz de malla determinada, o ser elevado por una corriente de aire de velocidad constante. El llamado vibrador consiste en unas paletas que giran rápidamente en un plano horizontal y separan a las partículas gruesas de la corriente ascendente de polvo.

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# V"!" (Figura Nº09) Consisten en cámaras giratorias de acero, de forma cilíndrica o tronco-cónica, llenas hasta su mitad con bolas de hierro o acero, y, en ciertos casos, con guijarros. La reducción de tamaños se produce gracias a los choques que ocasionan estas bolas al caer, desde la altura a que son levantadas, por la rotación de la cámara. La longitud del cilindro suele ser igual al diámetro. La mayoría de los molinos de bolas son aparatos de trabajo continuo; la alimentación llega por un extremo y la descarga se efectúa por el extremo opuesto o por la periferia. Estos molinos pueden operar en seco o en húmedo.

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# V"!  ,!"" el producto pasa a través de los orificios de una rejilla vertical, o diafragma. En el molino de cojinete hueco, el producto es levantado por las placas radiales, o cucharones, en la parte externa de la rejilla, separado de ella por paletas de forma espiral, montadas sobre el perímetro interior del cilindro y descargado a través del cojinete hueco que soporta al molino.

-# " "! .  / consiste en dos, tres, o cuatro compartimientos cilíndricos sucesivos, separados entre sí por rejillas. Cada uno de los sucesivos compartimientos tiene diámetro menor que el anterior y llevan cargas de bolas de tamaños decrecientes, para producir una molienda más fina. Se trata, en esencia, de una serie de molinos que operan en sucesión. -# V"! " es de forma cilíndrica alargada, generalmente de 6 a 7 m de longitud, utiliza guijarros de pedernal y revestimiento cerámico, y opera de modo intermitente, es decir, por lotes o cargas sucesivas. Los molinos de tubo han sido actualmente reemplazados por molinos de bol as, excepto en aquellos casos en que el hierro, como impureza, sea intolerable en el producto elaborado.  #
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# V"!  ')!0 En un molino de frotación las partículas de sólidos blandosson frotados entre las caras planas estriadas de unos discos circulares rotatorios. El eje del disco es generalmente horizontal, aunque a veces puede ser vertical. En un molino de rotación simple uno de los discos es estacionario y el otro rota, mientras que en las máquinas de doble rotación ambos discos giran a alta velocidad en sentidos contrarios. La alimentación entra a través de una abertura situada en el centro de uno de los discos, pasa hacia fuera a través de la separación entre los discos y descarga por la periferia en una carcasa estacionaria. La separación entre los discos es ajustable dentro de ciertos límites. Por lo menos una de las placas de molienda está montada sobre un muelle de forma que los discos pueden separarse si entra en el, molino un material que no puede ser molido. Molinos provistos de diferentes tipos de estrías, rugosidades o dientes sobre los discos permiten una gran variedad de operaciones incluyendo molienda, troceado, granulación y desmenuzamiento, así como también operaciones no directamente relacionadas con la reducción de tamaño, tales como mezclado y rizado de plumas.



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"!!"!1"  $'"!Se re rese untípic molino que utiliza la energía de un fluido. En estos molinos las partículasslidas están suspendidas en una corriente gaseosa y son transportadas a altavelocidad siguiendo un camino circular o elíptico. Parte de la reducción de tamañose produce cuando las partículas cocan o friccionan contra las paredes de lacámara, pero la mayor parte de la reducción tiene lugar como consecuencia de lafrotación entre las partículas. La clasificación interna mantiene las partículas másgrandes en el molino hasta que se reducen al tamaño deseado. El gas utilizado es generalmente aire comprimido o vapor de agua sobrecalentados,que entran a una presión de 100 1bJpulg͛ (6,9 atm) a través de boquillas energizantes. La alimentación entra cerca del fondo del lazo oval a través de un inyector de venturi. La clasificación de las partículas molidas tiene lugar en el codo superior del lazo. Cuando la corriente gaseosa circula a través de este codo a alta velocidad, las partículas más gruesas son arrastradas hacia fuera chocando contra la pared eterior, mientras que las finas se congregan en la pared interior. Una abertura de descarga J  ÀÀ4 &(#&, 7 $(8# # +  % 5(9& situada en la pared interior en este punto conduce hasta un separador de ciclón y un colector de bolsa para la recogida del producto.



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))2!"" Una cortadora de cuchillas rotatorias, como la que serepresenta en la Figura Nº12, consta de un rotor horizontal que gira de 200 a900 rpm en el interior de una cámara cilíndrica. Sobre el rotor van acopladas de2 a 12 cuchillas con extremos de acero que pasan muy próximas sobre 1 a 7cuchillas estacionarias. Las partículas de alimentación entran en la cámara por laparte superior, son cortadas varios centenares de veces por minuto y salen através de un tamiz situado en el fondo con aberturas de 5 a 8 mm. A veces lascuchillas móviles son paralelas a las cuchillas tijas; otras veces, dependiendo delas propiedades de la alimentación, ambas cuchillas se encuentran formando unángulo. Las cortadoras rotatorias y los granuladores tienen un diseño similar. Ungranulador produce partículas más o menos irregulares; una cortadora puede darcubos, cuadrados delgados o gránulos.

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)   El rotor de estas máquinas es un cilindro al que se sujeta una barra de acero resistente. El rompimiento se ejecuta contra esta barra o durante el rebote en las paredes de este dispositivo. La ruptura por impacto libre es el principio en que se basa la quebrantadora de rotor, y no en la trituración por compresión o por fricción entre los martillos del rotor y las placas rompedoras. No todas las rocas se despedazan bien por el impacto.El desmenuzamiento por impacto es más apropiado para reducir materiales relativamente poco abrasivos y con contenidos mínimos de sílice, como piedra caliza, dolomita, anhidrita, esquisto y roca de cemento.  

 



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c!  , consta de dos o más ruedas de molienda o masas trituradoras que giran dentro de una bandeja; esta última puede ser estacionaria en tanto que las masas se mueven, o bien la bandeja es la que se impulsa mientras que las masas trituradoras giran por fricción. Un ejemplo de este equipo es la bandja n  oque sirve para triturar material es de dureza media y suave, como arcillas, esquisto s y cenizas. Los material es alimenta dos deben ser del orden  J 
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cm o menores y el producto deberá pasar tamices Nº4 a 16 dependiendo de la dureza del material. Se obtiene un alto índice de reducción y requisitos reducidos de energía y mantenimiento.     ' '


    Mc Cabe Warren, Smith J.C. , Harriot P.; Operaciones básicas de ingeniería química; Sexta edición, McGraw Hill (2002)

 Brown G.G.; Foust A.S. y otros; Operaciones básicas de la ingeniería química; Editorial Marin (1963).  Perry R.H., Green D.W.; Perry͛s Chemical Engineers Handbook; S éptima edición, McGraw Hill (1997).