INFORME DE MOLIENDA OERACIONES UNITARIAS I PATRICK VILLALBA, ESTEBAN MENDOZA, EDWIN LUNA RESUMEN La molienda es una operación unitaria que a pesar de implicar sólo una transformación física de la materia sin alterar su naturaleza, es de suma importancia en diversos procesos industriales, ya que el tamaño de partículas representa en forma indirecta áreas, que a su vez afectan las magnitudes de los fenómenos de transferencia entre otras cosas. La reducción se lleva a cabo dividiendo o fraccionando la muestra por medios mecánicos hasta el tamaño deseado. El objetivo de esta experiencia fue calcular el diámetro de tamaño de abertura de la malla, diámetro de tamaño de abertura de la malla y el índice de trabajo según Bond para la materia prima, que en este caso fue el maíz, a esta materia prima se le sometió a un proceso de reducción de tamaño en un molino de cizalla; con el fin de generar una reducción de tamaño debido a que las partículas de este grano fueron sometidas a unas fuerzas mecánicas , a esta muestra se le hizo un proceso de tamizado para poder realizar un análisis granulométrico utilizando una serie de tamices Tyler para el cálculo del Dpa de la malla el cual corresponda al paso del 80% de la alimentación que resultó ser 15.5055 mm y el Dpp correspondiente al paso del 80% de los productos que dio como resultado 6.4237 mm y así para finalizar se calculó el índice de trabajo requerido para este material , pero antes se debió hallar el flujo másico obteniendo un valor 0.0141 ton/h , con este valor se reemplazó en la fórmula de Bond para poder concluir que el índice de Bond fue de wi=3568.7836 𝟏 𝒌𝒘/(𝒎𝒎)𝟐 𝒕𝒐𝒏/h , gracias a estos datos podemos concluir que el resultado del el índice de trabajo obtenido a partir de la ley de bond estuvo afectado por el tiempo de molienda, sin embargo, el índice de trabajo nos indica la información para evaluar parámetros de los procesos como lo son: el tipo de equipo, velocidad, entre otros, también permite expresar la resistencia de un material a ser triturado y molido. RESULTADOS Alimentación TABLA N°1: Material retenido y fracción retenida (para el Dpa) NUMERO DE TAMIZ PESO TAMIZ + MATERIAL (g) 4 10 20 30 40 50 fondo Total 865 495 335 260 245 200 230 PESO DEL TAMIZ VACIO (g) 335 385 275 275 255 220 260 PESO DEL FRACCIÓN MATERIAL RETENIDA (g) 530 110 60 0 0 0 0 700 0,75714286 0,15714286 0,08571429 0 0 0 0 1 Producto TABLA N°2: Material retenido y fracción retenida (para el Dpb) NUMERO DE TAMIZ PESO TAMIZ+ MATERIAL (g) PESO DEL TAMIZ VACIO (g) 4 10 20 30 40 50 FONDO Total 585 590 385 285 265 260 305 335 385 275 275 255 220 260 PESO DEL FRACCIÓN MATERIAL RETENIDA 250 205 110 10 10 40 45 670 0,37313433 0,30597015 0,1641791 0,01492537 0,01492537 0,05970149 0,06716418 1 TABLA N°3: Abertura y fracción retenida de alimentación y producto NUMERO DE TAMIZ Abertura Alimentación Producto 4 10 20 30 40 50 fondo 4.699 1.651 0.833 0.6 0.425 0.3 ---------- 0,75714286 0,15714286 0,08571429 0 0 0 0 0,37313433 0,30597015 0,1641791 0,01492537 0,01492537 0,05970149 0,06716418 Determinar el diámetro de tamaño de abertura de la malla el cual corresponda el paso del 80% de la alimentación (Dpa). Para el Dpa Fracción 0,2 Abertura de malla (mm) X 0,75714286 4.699 mm 0,91428571 1.651 mm (malla 10) (malla 4) X= 15.5055 mm Estipular el tamaño de abertura de la malla correspondiente al paso del 80% de los productos (Dpp). Para el Dpp Fracción 0,2 Abertura de malla (mm) X 0,3731343 4.699 mm 0,6791044 1.651 mm (malla 10) X= 6.4237 mm (malla 4) Nota: para el cálculo de Dpa y Dpb se interpola la fracción retenida con la abertura de malla, para ello se usan los datos de la tabla N°3. TABLA N °4: Datos para calcular flujo másico y Wi DATOS TIEMPO DE MOLIENDA: 3 minutos 3 Hp = 2.2371 Kw 15.5055 mm 6.4237 mm 705 g Potencia del molino: Dpa Dpp Masa alimentación Flujo másico de alimentación 𝑚̇ = 𝑚̇ = 𝑚𝑎𝑠𝑎 𝑑𝑒 𝑎𝑙𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑡𝑖𝑒𝑚𝑝𝑜 𝑑𝑒 𝑚𝑜𝑙𝑖𝑒𝑛𝑑𝑎 705 𝑔 1 𝐾𝑔 60 𝑚𝑖𝑛 1 𝑡𝑜𝑛 𝑥 𝑥 𝑥 3 𝑚𝑖𝑛 1000𝑔 1ℎ 1000 𝑘𝑔 𝑚̇ = 0.0141 𝑡𝑜𝑛 ℎ Se hace uso de la ecuación de la ley de Bond para calcular el índice de trabajo 𝑃 1 1 = 0.3162 𝑤𝑖 ( − ) 𝑚̇ √𝐷𝑝𝑏 √𝐷𝑝𝑎 𝑤𝑖 = 𝑤𝑖 = 𝑃 1 1 0.3162 ( − ) . 𝑚̇ √𝐷𝑝𝑏 √𝐷𝑝𝑎 𝟐. 𝟐𝟑𝟕𝟏 𝑲𝒘 1 1 𝑡𝑜𝑛 0.3162 ( − ) (0.0141 ) ℎ √𝟔. 𝟒𝟐𝟑𝟕 𝒎𝒎 √𝟏𝟓. 𝟓𝟎𝟓𝟓 𝒎𝒎 1 𝑤𝑖 = 3568.7836 𝑘𝑤/(𝑚𝑚)2 𝑡𝑜𝑛/h ANALISIS DE RESULTADOS Con el fin de determinar el índice de trabajo, se utilizaron dos operaciones uno de molienda y posteriormente uno de tamizado. -En el tamizado, la mayor parte de la muestra quedó retenida en el tamiz, esto debido a que estas poseen un diámetro mayor a la abertura de malla, por esta razón el valor del diámetro de 15.50 mm que este corresponde al diámetro equivalente del alimento, que en su defecto está definido como la abertura que deja pasar el 80% del alimento (Dpa) o como la abertura de malla que retiene el 20% de la alimentación -El índice de trabajo es un parámetro con disminución de tamaño, el cual formula la resistencia de un material a ser triturado y molido, siendo para el maíz utilizado en esta práctica de 3568.7836 kw∗mm1/2ton/h necesario para reducir este material desde un tamaño hipotéticamente infinito hasta un resultado dado que el 80% de la alimentación pase a través de la malla 4 ,por esta razón y sabiendo que El principio de Bond afirma que, si el material se comportase de manera homogénea ante la reducción de tamaño , el valor de su índice de trabajo se mantendrá constante en las sucesivas etapas de disminución de partícula. Conocida como conminación, podemos decir que el índice de trabajo es bastante acertado. -Sabiendo que El gasto másico o flujo másico o caudal másico es la magnitud física que expresa la variación de la masa con respecto al tiempo en un área específica y que en esta experiencia se obtuvo un valor de m ̇=0.0141 ton/h podemos decir que este es el valor de flujo másico de alimentación, este valor se determinó gracias a la formula donde se relaciona la masa de alimentación y la el tiempo de molienda. CONCLUSIONES -La molienda es una de las operaciones básicas fundamentales en la industria alimentaria que permite modificar físicamente la materia prima reduciendo el tamaño y descomponiendo en partículas más pequeñas. -La eficacia con la que se realiza nos garantiza la calidad del producto deseado pero esta se puede se puede ver afectada por diversos factores durante el proceso, como lo son, duración, tipo de fuerza, magnitud de la fuerza, tipo de molino y tipo de material. De igual manera la energía requerida para la fractura ésta en función del tamaño, dureza y tipo de material -los materiales por lo general son heterogéneos en tanto su estructura física, lo que representa el comportamiento del grano, por consecuente que el comportamiento de ese material a tamaños de molienda superiores a dicho tamaño, corresponderá un índice de trabajo inferior que en el caso de realizar la molienda a un tamaño inferior a dicho tamaño de grano natural; esto se explica de una forma sencilla, ya que en el primer caso, el trabajo sobre las partículas generados por la acción de la molienda se dirigirán en principio, preferentemente, hacia las superficies intergranulares, que normalmente presentarán una resistencia inferior a la presentada por la red del grano mono cristalino, y por ello, el consumo energía de la operación será menor. CUESTIONARIO ¿Cuál es la importancia de la molienda en la agroindustria (alimentaria y no alimentaria)? En la industria las materias primas de las que se parte para elaborar algunos productos alimentarios y no alimentarios suelen tener un tamaño de partícula demasiado grande como para darle uso; debido a esto, es común la reducción de tamaño. La manera más empleada para la subdivisión de partículas sólidas grandes en partículas más pequeñas es la trituración y la molienda o molturación. La molienda es una operación unitaria que, a pesar de implicar sólo una transformación física de la materia sin alterar su naturaleza, es de suma importancia en diversos procesos industriales, ya que el tamaño de partículas representa en forma indirecta áreas, que a su vez afectan las magnitudes de los fenómenos de transferencia entre otras cosas. Considerando lo anterior, el conocimiento de la granulometría para determinado material es de importancia, consecuentemente. La molienda es una operación unitaria que reduce el volumen promedio de las partículas de una muestra sólida. La reducción se lleva a cabo dividiendo o fraccionando la muestra por medios mecánicos hasta el tamaño deseado. Los métodos de reducción más empleados en las máquinas de molienda son compresión, impacto, frotamiento de cizalla y cortado. Como ejemplos de aplicaciones se puede mencionar molienda de frutas y vegetales como: cebolla, zanahorias, chiles, cascaras de limón, preparación de alimentos para bebes, reprocesamientos de quesos, carne cocida, azúcar, chocolate, pulpa de coco, fabricación de cervezas, molienda de masa, etc. (Márchese, A. 2004). ¿A qué se debe la importancia del control de la alimentación y descarga de un molino? La importancia del Flujo de alimentación es que Mientras mayor sea el flujo de alimentación, mayor será el volumen de la carga con que trabaja el molino. Si las condiciones operacionales permanecen constantes, las masas de mineral molido y descargado por unidad de tiempo, son proporcionales a la masa presente en el molino. En consecuencia, para balancear un aumento del flujo de alimentación, la cantidad de mineral presente en el molino debe necesariamente aumentar. Esto ocurre así hasta un cierto valor del llenado del molino por sobre el cual el proceso se revierte. Debido a que el volumen de la carga está relacionado con el flujo de alimentación, en la práctica el nivel de la carga se controla ajustando el flujo de alimentación. Además de lo dicho anterior, el volumen de la carga tiene un efecto directo en la potencia, de tal manera que el flujo de alimentación y la potencia aumenta con el flujo, comenzando desde un valor cero. A medida que el flujo de alimentación crece, la potencia consumida se incrementa hasta llegar a un valor máximo. Un flujo de alimentación aún mayor provocará una sobrecarga y la potencia comenzara a caer rápidamente. En esta condición de sobrecarga, la intensidad de la acción de molienda se reduce y la capacidad de tratamiento del molino disminuye. Frente a esta situación el operador parará la alimentación de sólidos al molino y permitirá que se vacíe el molino ("grind out") (Descarga). Luego reanudará la alimentación a una tasa más baja que permita una operación estable nuevamente. Cite las características de molino ideal. Molinos híbridos: Fragmentación dentro del molino dentado Luego el material es levantado hacia la zona superior de la caja y se clasifica según la medida deseada hacia la descarga. Son los molinos que utilizan cuchillas y rodillos, los dos accionados ya sea por un motor eléctrico o por suspensiones hidráulicas. Estos molinos combinan además la molienda primaria y la secundaria, dejando al material con un tamaño de 8 a 9 pulgadas en la fase primaria. Las cuchillas le una reducción de tamaño mucho menor que un molino de rodillos para materiales gruesos. El mecanismo es por compresión y corte y el principio es el mismo que para el molino de rodillos, sólo que aquí se utiliza para materiales gruesos más no duros y para materiales blandos. (Facultad de Ingeniría, 2012) ¿Por qué es necesario realizar tamizado en un proceso de molienda? El tamizado, es el método más sencillo para la clasificación granulométrica que consiste en pasar el material sucesivamente por una serie de tamices o mallas progresivamente decrecientes. Por lo tanto, la separación de materiales sólidos por su tamaño es importante para la producción ya que La calidad de algunos productos depende del tamaño medio de partículas encontradas y particularmente de la homogeneidad de estas para un adecuado aspecto de color, adecuado grado de extracción etc. Además de lo se utiliza para el análisis granulométrico de la materia prima sometido a un proceso de molienda y que permite observar la eficiencia de los equipos y para control de molienda de diversos productos o materias primas. -Esta operación unitaria separa por granulometría la muestra dándole homogeneidad y medida por el tamaño malla usado. -Acompaña a la molienda cuando se quiere separar a los sólidos de distintos tamaños. -Se utilizan mallas de marca Tyler de tamaño universal, mientras mayor sea el número Tyler, menor será la abertura y por ende menor será el tamaño de las partículas que pasan por la malla. (Orlando, 2010). ¿Es posible determinar la constante de Rittinger a partir de los datos obtenidos en el laboratorio? Si o no y por qué. Rittinger postulo que la energía consumida en la trituración de un material es proporciona la nueva superficie creada. Además, la relación entre la energía superficial creada por la desintegración mecánica y la energía absorbida por el sólido es la eficiencia de la desintegración, KR, Rittinger postulo que esta eficiencia es constante para un equipo y material dados y es independiente de los tamaños del alimento y del producto. Ecuación de la ley de Rittinger: E=P˙m=KR[1Dsb−1Dsa] Con los resultados obtenidos en esta práctica, se puede calcular Dpb y Dpa, y como se conocen los demás datos, lo que se debe hacer es despejar KR, y así obtendremos la constante de Rittinger. ¿Es eficiente el proceso de reducción de tamaño llevado a cabo en el laboratorio? Justifique plenamente su respuesta. La eficiencia de la operación estará influenciada enormemente por las características de la máquina, y es por ello que Bond definió con bastante precisión las condiciones en las que se debería realizar el ensayo. Por tanto, las determinaciones del índice de Bond mediante ensayos de laboratorio muestran el comportamiento del material en un rango estrecho de tamaños, y cualquier desviación puede acusar la influencia de esa heterogeneidad, lo que puede traducirse en variaciones que pueden ser importantes del índice de trabajo. Por esto es muy recomendable que la determinación del índice de trabajo se realice lo más cerca posible del tamaño requerido en la molienda industrial (Marchese. A, 2004) ¿Con base en los datos experimentales cómo podría diseñarse un proceso industrial real? En simulación los datos experimentales se utilizan cuando se tiene que predecir el funcionamiento de un molino a partir de datos obtenidos de otro modo de funcionamiento teniendo como variable respuesta el Wi, o como parámetro de escalamiento, etc.; también son útiles en parámetros de diseño ya que conociendo el Wi, puede determinarse la potencia del motor que accionara el equipo (molino)/dimensiones del molino. Al igual su uso en control de molinos industriales ya que el índice de trabajo determinado en planta Wi debe ser igual al determinado mediante el procedimiento Standard. La comparación es válida para las condiciones standard de Bond las cuales son: Molino de bolas de 8´x 8¨, circuito cerrado con clasificación y 250% de carga circulante, para otras condiciones se debe realizar las correcciones pertinentes. BIBLIOGRAFIA (Márchese, A. (Julio, 2004).CONSUMO DE ENERGÍA EN OPERACIONES DE CONMINUCIÓN DE MINERALES. REVISTA MINERÍA, Disponible en: http://app.tecsup.edu.pe/webuds/web/publicacion/publicacion2/detalle01.htm).htm). (Facultad de Ingeniría, 2012) Bibliografía Balcazar Diaz, M. E., & Guamba Diaz, J. P. (2009). Diseño de un triturador de Cacao. Quito. Codols. (s.f.). Codols, Solids processing. Obtenido de http://www.codols.com/tecnologias/p allmann-reduccion Facultad de Ingeniría, U. d. (2012). Orlando (2010). INGENIERÍA EN ALIMENTOS 2. Aplicaciones en la Industria Alimentaria (Molinos, Tamizado, Triturado y Transportadores) Disponible en: http://orlando-ingindalim.blogspot.com/2010/02/aplicaciones-en-la-industraalimentaria.htm Marchese, A. (Julio, 2004). CONSUMO DE ENERGÍA EN OPERACIONES DECONMINUCIÓN DE MINERALES. REVISTA MINERÍA, Disponible http://app.tecsup.edu.pe/webuds/web/publicacion/publicacion2/detalle01.htm
