SECADO POR RADIACIÓN

FACULTAD DE INGENIERIA Y ARQUITECTURA

INFORME DE LABORATORIO N°2 SECADO POR RADIACIÓN “PIROMETALURGIA”

CARRERA: PROFESOR: AYUDANTE: ALUMNO:

Ingeniería Civil Metalúrgica Aldo Quiero Gelmi Jorge Tabalí Fabian Montecinos Rojas

27/10/2014

LABORATORIO DE PIROMETALURGIA

SUMARIO En el presente informe se muestra la segunda experiencia realizada en el laboratorio de “Pirometalúrgia”, denominada “Secado por radiación”, donde, El objetivo principal es comparar cual secador es más efectivo en el proceso de secado, cumpliendo con eliminar el agua o humedad contenida en un mineral que se encuentra a una temperatura ambiente, además, como objetivo general, lograr comprender las distintas etapas en el proceso de secado de materiales Para la realización de la experiencia laboratorio, los alumnos debieron adicionar a un mineral, una cantidad de agua para lograr un porcentaje de humedad específico, los. cuales variaban entre 3% 6% y 9%, para luego secar este mineral en una secadora, a una temperatura que también varió de 90 a 110°C aproximadamente. Obteniendo finalmente un mineral totalmente seco. Finalizando la experiencia, se muestran los gráficos correspondientes al laboratorio, siendo presentados en el informe. El secado por radiación fue más efectivo y veloz que el tradicional (por convección).

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ABSTRACT In this report the second experiment conducted in the laboratory of "Pyrometallurgy" called "Drying radiation", where the main objective is to compare which is more effective dryer in the drying process, fulfilling remove water or moisture is shown contained in a mineral found at room temperature further general aim of achieving understand the various stages in the drying of materials For carrying out the laboratory experience, students should be added to a mineral, an amount of water to achieve a specific percentage of moisture,. which ranged from 3% to 6% and 9%, and then drying this mineral in a dryer at a temperature that also ranged from approximately 90 to 110 ° C. Finally getting a completely dry mineral. Completing the experience, the graphics for the laboratory is being presented in the report. Radiation drying was more effective and faster than traditional (convection).

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ÍNDICE Introducción ..................................................................................................................................... 5 Antecedentes teóricos ...................................................................................................................... 6 Procedimiento .................................................................................................................................. 8 Datos experimentales ....................................................................................................................... 9 Resultados y Discusiones .............................................................................................................. 12 Conclusiones.................................................................................................................................. 17 Bibliografía .................................................................................................................................... 18 Anexos ........................................................................................................................................... 19

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INTRODUCCIÓN 1.1 OBJETIVOS ESPECÍFICOS  Eliminar el agua contenida en los materiales de proceso como humedad,  Comprender las distintas etapas en el proceso de secado de materiales  Representar e interpretar los resultados y datos obtenidos en las pruebas de laboratorio.

1.2 OBJETIVOS GENERALES  Acercar al alumno mediante la experiencia de laboratorio a los pirometalúrgicos, donde, este aprenderá a reconocer los procesos de secado, así como también, adquirirá conocimientos como representar e interpretar los resultados obtenidos. El llegar eliminar por completo la humedad natural que presentan los minerales, es uno de los principales objetivos del proceso de Piro metalurgia, siendo un tema que se trata hace años atrás. La humedad que presenta un mineral, puede llegar a ser eliminada por métodos mecánicos, como, sedimentación, filtración, centrifugación, pero para ser más completa se obtiene por evaporación y eliminación vapores formados, mediante el secado térmico. En palabras simples, secando utilizando aire caliente. A nivel laboratorio uno de los métodos utilizados es el secado mediante, Horno sacador por Radiación (ULTRAMAT), el cual seca el mineral mediante una luz UV. Las razones para aplicar el secado son:  Aumentar el valor comercial de los concentrados por unidad de volumen.  Reducir los costos de transporte  Mejorar el carguío y operación de los hornos de fusión  Eliminar el agua que afecta negativamente los procesos de fusión flash

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ANTECEDENTES TEÓRICOS Definiendo conceptos: la operación de secado es una operación de transferencia de masa de contacto gas-sólido, donde la humedad contenida en el sólido se transfiere por evaporación hacia la fase gaseosa, en base a la diferencia entre la presión de vapor ejercida por el sólido húmedo y la presión parcial de vapor de la corriente gaseosa. Cuando estas dos presiones se igualan, se dice que el sólido y el gas están en equilibrio y el proceso de secado cesa.

2.1 VENTAJAS DEL SECADO POR RADIACIÓN:  Proporciona un secado rápido con unas temperaturas más bien bajas.  La eficiencia térmica es alta, ya que el revestimiento y el aire del secador se mantienen fríos.  El lecho es estacionario lo que evita problemas de polvo o desgaste.  La migración de solutos se reduce porque hay un calentamiento uniforme de la masa húmeda.

2.2 DESVENTAJAS DEL SECADO POR RADIACIÓN:  El tamaño de lote de los secadores es menor que el de los de lecho o estufas secadoras.  Se deben tomar precauciones de proteger a operarios, para ello se usan dispositivos de seguridad que impiden la generación de microondas hasta que se haya sellado la cámara de secado.

2.3 CINÉTICA DEL SECADO TÉRMICO Evaluar la práctica del secado 𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 (𝑠𝑢𝑝𝑒𝑟𝑓𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙) = 𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 (𝑒𝑛 𝑝𝑒𝑠𝑜) =

𝐾𝑔 𝑎𝑔𝑢𝑎 𝑒𝑙𝑖𝑚𝑖𝑛𝑎𝑑𝑎 𝐻𝑟 ∗ 𝑚ˆ2

𝐾𝑔 𝑎𝑔𝑢𝑎 𝑒𝑙𝑖𝑚𝑖𝑛𝑎𝑑𝑎 𝐻𝑟 ∗ 𝑘𝑔 𝑑𝑒 𝑐𝑜𝑛𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑑𝑜 𝑠𝑒𝑐𝑜

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2.4 CURVAS DE VELOCIDAD DE SECADO 1.- Se recalculan los datos; donde W es el peso del solido húmedo en kg, totales de agua más sólido seco y Ws, es el peso del solido seco en kg 𝑋𝑡 =

(𝑊 − 𝑊𝑠) 𝑊𝑠

2.- Luego de haber establecido las condiciones de secado constantes, se determina el contenido de humedad de equilibrio X*. Con él se procede a calcular el valor del contenido de humedad libre X. 𝑋 ∗=

𝑋=

𝑘𝑔 𝑑𝑒 ℎ𝑢𝑚𝑒𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒 𝑒𝑞𝑢𝑖𝑙𝑖𝑏𝑟𝑖𝑜 𝑘𝑖𝑙𝑜𝑔𝑟𝑎𝑚𝑜 𝑑𝑒 𝑠ó𝑙𝑖𝑑𝑜 𝑠𝑒𝑐𝑜

𝑘𝑔 𝑑𝑒 𝑎𝑔𝑢𝑎 𝑙𝑖𝑏𝑟𝑒 𝑘𝑔 𝑑𝑒 𝑠ó𝑙𝑖𝑑𝑜 𝑠𝑒𝑐𝑜 𝑝𝑎𝑟𝑎 𝑐𝑎𝑑𝑎 𝑣𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑑𝑒 𝑋𝑡 𝑋 = 𝑋𝑡 − 𝑋 ∗

3.- Al sustituir los datos calculados en la ecuación anterior, se traza una gráfica del contenido de humedad libre X en función de tiempo t en horas. 𝑅=

−𝐿𝑠 𝑑𝑋 ∗ 𝐴 𝑑𝑡

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PROCEDIMIENTO 3.1 MATERIALES UTILIZADOS  Mineral de Oxido.  Agua.  Horno sacador por radiación. (ULTRAMAT)  Espátula.  Pesa Analítica.  Pipeta.  Probeta. Para comenzar el laboratorio, cada uno de los grupos fue informado de los datos con los cuales trabajarían, estos variaban en el % de humedad entre 3%, 6% y 9%. Además, todos los grupos debían registrar el peso del mineral cada 30 segundos. Primero los alumnos pesaron 28,5 gr. de mineral en la pesa analítica. Luego a este mineral se le añadió la cantidad de agua necesario para alcanzar el porcentaje de humedad requerido. Una vez añadida el agua, se tenía que lograr una completa homogenización del mineral, esto, en el recipiente que tenía la secadora. La muestra mineral se llevó a la secadora (termocupla), donde, se pretendía eliminar la humedad, y secar por completo, registrando la masa cada 30 segundos. El alumno de debe dar cuenta que la humedad se eliminó, cuando el valor del peso se repita mínimo por dos vez. Finalmente se registró el valor de la masa seca, tras dejarla enfriar por unos minutos. Los pasos nombrados anteriormente, se debieron realizar para cada uno de los casos propuestos.

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DATOS EXPERIMENTALES A continuación de muestran datos con los cuales, cada uno de los grupos trabajó en la experiencia de laboratorio:

PRUEBAS A 110°C

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PRUEBAS A 100°C

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PRUEBAS A 90°C

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RESULTADOS Y DISCUSIONES 5.1 GRÁFICOS A continuación se presentaran los gráficos principales obtenidos de los datos experimentales:

MASA MINERAL V/S LECTURA EN BALANZA

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TEMPERATURA V/S TIEMPO

HUMEDAD LIBRE V/S TIEMPO

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VELOCIDAD DE SECADO V/S HUMEDAD LIBRE

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5.2 DISCUSIONES GENERAL De las 9 pruebas realizadas, la gran mayoría se hicieron adecuadamente, salvo la prueba de humedad al 3% - temperatura 100°C ya en este ensayo faltaron 2 lecturas, una de estas lecturas era inicial, la cual indicaba la primera masa que pesaba la balanza, dato no menor a tener en cuenta.

MASA DE MINERAL V/S LECTURA EN BALANZA Las pruebas a 90 y 110 grados Celsius tuvieron una calibración aceptable, pero pudo ser mejor ya que obtuvieron un 92 de certeza en la pendiente obtenida para de esta forma calcular las masas de las distintas lecturas, las pruebas a 100°C fue la más aceptable alcanzando un 96% de certeza.

TEMPERATURA V/S TIEMPO Comparando el secador utilizado en laboratorio anterior, la balanza de secado por radiación fue constante al momento de alcanzar la temperatura requerida, en cambio la estufa “MEMMERT” al no tener balanza incluida, cada vez que se abría se perdía calor por convección, en donde el aire caliente en su interior fluía rápidamente hacia afuera (aire frio). PRUEBAS A 90°C  Estas pruebas fueron las menos variables dentro de las tres temperaturas operacionales, el motivo de ínfima variación se debe a la buena regulación del voltaje seleccionado en la balanza de secado por radiación, lo que permitía obtener pruebas prolijas para estos parámetros.  La prueba de 6% de humedad a esta temperatura fue la más larga del laboratorio. PRUEBAS A 100°C  Estas pruebas fueron las más variables, esto puede de verse a una mala regulación en el voltaje lo cual obligaba a seleccionar otro para alcanzar la temperatura requerida.  La prueba de 3% de humedad a esta temperatura fue la más corta del laboratorio.

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HUMEDAD LIBRE V/S TIEMPO  Las pruebas con mayor humedad libre fueron las que se realizaron con 9% de humedad, esta humedad fue disminuyendo en función del tiempo como todas las demás, Las pruebas realizadas con 6% de humedad, tuvieron una pérdida de humedad libre intermedia, mientras que las con 3% de humedad tuvieron baja perdida en comparación a las demás.  Analizando todas las pruebas a la temperatura en que más se perdió humedad libre fue la de 9% de humedad a 90 °C.  Todas las pruebas realizadas alcanzaron valores finales negativos, esto se debe a que el mineral tenía una humedad natural, antes de adicionarle el agua por esta razón se siguió perdiendo humedad incluso más de la esperada teóricamente.  En comparación al secado en la estufa, la balanza de secado por radiación alcanzo una mayor cinética de secado y valores de perdida de humedad mayores a los del laboratorio anterior.

VELOCIDAD DE SECADO V/S HUMEDAD LIBRE  Todas las pruebas siguieron el patrón de que a mayor velocidad de secado, mayor humedad libre, lógicamente debido a la liberación de esta.  En comparación al laboratorio anterior las velocidades alcanzadas por el secado por radiación fueron mucho mayores a las de la estufa utilizada anteriormente y por ende se obtuvo un mineral más seco.  De estará forma podemos señalar que el secado por radiación es mucho más efectivo y rápido que el usado tradicionalmente, pero el costo de este es un impedimento para utilizarlo industrialmente.

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CONCLUSIONES GENERAL  El secado por radiación obtuvo la cinética y efectividad más alta comparándolo con el secado tradicional (por convección)

MASA DEL MINERAL V/S LECTURA  La calibración de la balanza es fundamental para obtener resultados legítimos.  Al tener la balanza incluida al momento de secar, se sufren menos alteraciones por el aire frio.  Todas las pruebas perdieron parte de la humedad natural contenida en el mineral.

TEMPERATURA V/S TIEMPO  La prueba que más demoro fue la que contenía 6% de humedad a 90°C  La prueba de menos demoro fue la que contenía 3% de humedad a 100°C

HUMEDAD LIBRE V/S TIEMPO  La prueba donde menos disminuyo la humedad libre fue la que contenía 3% de humedad a 110°C  La prueba en donde más disminuyo la humedad libre fue la que contenía 9% de humedad a 90°C

VELOCIDAD DE SECADO V/S HUMEDAD LIBRE  La velocidad de secado por radiación fue mucho mayor a las del laboratorio anterior.  La mayor velocidad la obtuvo la que contenía 6% de humedad a 100°C  La menor velocidad la obtuvo la de 3% de humedad a 110°C

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BIBLIOGRAFÍA  Apunte Laboratorio Pirometalurgia. 2014 – Aldo Quiero G.

 Apunte Pirometalurgia. 2014 – Aldo Quiero G.

 Aldo Quiero Gelmi, Guía de Laboratorio de Pirometalurgia, Facultad de Ingeniería y Arquitectura.

 Mario Sanchez, Ivan Imris, Pirometalurgia del cobre y comportamiento de sistemas fundidos.

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ANEXOS IMÁGENES CAPTURADAS EN LABORATORIO:

Figura N°1: Masa mineral totalmente homogenizado.

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Figura N°2: Secador por radiación (marca: ULTRAMAT)

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Figura N°3: Termómetro digital (marca: Thermolyne)

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Figura N°4: Estufa (marca: Memmert)

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