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Instituto tecnológico de la Laguna Laboratorio integral I Práctica 7: Molienda Integrantes del equipo: Jaqueline Soto Cabello 19130496 Jesús Mario Zúñiga Corona 19130667 Yennifer Lizeth Blanco Ibarra 19130390 Deidad Morales Velázquez 19131370 Jesús Alberto Lagarda Ponce 19130443 Michelle Jáquez Espinoza 19131346 Eduardo Alfredo Galaviz Frayre 19130417 Docente: MIAC. Sagrario Fraire López Torreón Coahuila, México. A 23 de noviembre del 2021 OBJETIVO • Aprender a manejar los molinos, al igual que del manejo del tamizado. • Reconocer las pérdidas de materia en los equipos. • Realizar el análisis granulométrico de una muestra para determinar la influencia de las variables típicas sobre los parámetros más importantes en los procesos de molienda y tamizado. INTRODUCCIÓN Las operaciones unitarias que reducen el tamaño de partículas son procesos industriales muy importantes, en efecto se aplican para: rocas, carbón, cemento, plásticos, granos, etc. 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 (ejemplo 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. Los equipos que muelen grandes aglomerados se denominan “crushers” en inglés, mientras que los que muelen partículas de pequeños tamaños se denominan “mills”, por supuesto que existe todo un rango de tamaños donde se superpone la aplicabilidad de estos equipos. En castellano no tenemos tal diferenciación, y habitualmente los equipos son denominados “molinos”. En muchas industrias de alimentos, la reducción de tamaño puede ayudar a procesos de extracción de alimentos, a disminuir los tiempos de cocción, etc. En la industria de alimentos los equipos para la molienda suelen recibir diferentes nombres según la aplicación, por ejemplo, molienda de granos, picado de carne, cubeteado de tubérculos, rayadores, etc. Los “crushers” tienen un costo de capital y de consumo de energía por TPH que nos es elevado. Sin embargo, estos equipos requieren de una gran robustez mecánica ya que se utilizan grandes tensiones para romper aglomerados de gran tamaño (por ejemplo, rocas). Los “mills” consumen mucha energía y sufren desgaste mecánico importante por la erosión que causan las partículas más pequeñas. Los molinos, al igual que los granuladores, tienen una gran semejanza a los reactores químicos de los procesos gas-líquido, es decir, la distribución de tamaño de partículas de la corriente de salida es completamente diferente a la de entrada (en un reactor, la composición de la mezcla que abandona al equipo posee una composición diferente a la de entrada). Ilus 1: Diagrama de molienda MARCO TEÓRICO Molienda 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 medio mecánicos hasta el tamaño deseado. Los métodos de reducción más utilizados en las máquinas de molienda son compresión, impacto, frotamiento y cortado. Equipos para molienda En la Tabla 1 se presenta una clasificación de equipos de molienda en función del tamaño del material requerido. No se incluyen en ese cuadro los equipos de corte en tamaño específico como serían las picadoras, rayadores o cubeteadoras. En la Figura 1 se presenta un molino de rodillo de gruesos (crusher). En este tipo de molinos dos cilindros de acero rotan en sentido contrario de manera que las partículas son atrapadas y sometidas a fuerzas de compresión que causan la reducción de tamaño. Puede definirse la distancia entre ambos rodillos, manipulando el resorte de alivio del equipo. La superficie de los rodillos puede ser lisa, corrugada o puede tener dientes (disco dentado). Los molinos dentados no pueden moler sólidos muy duros. Los molinos de gruesos a rodillos no poseen un tiempo de residencia característico, se denominan equipos de un solo paso. Tabla 1: Tipo de molinos de acuerdo al tamaño del tamaño del producto final Ilus 2: Molino de gruesos a rodillos La Figura 3 presenta un molino de martillo, el cual contiene un rotor de alta velocidad que gira dentro de una carcasa cilíndrica. El rotor posee un collar con un dado número de martillos en la periferia. La ruptura se da principalmente por fuerzas de impacto, algo de atrición es factible. Si se reemplazan los martillos por cuchillas, se puede moler material fibroso, y aún pegajoso. Ilus 3: Molinos de martillos Ilus 4: Molinos de atrición de discos. a) molino de un disco, b) molino de dos discos, c) molino tipo Buhr. Los molinos de disco de atrición se muestran en la Figura 4. Se utilizan fuerzas de corte para lograr la reducción de tamaño, se utilizan para dar principalmente partículas finas. Existen varios modelos, la Figura 4a muestra a un disco con canaletas que rota a alta velocidad enfrentado a un disco fijo. El espaciado entre ambos discos puede regularse. En un molino de atrición de doble disco (Figura 4b) existen dos discos que rotan en direcciones opuestas, lo que facilita un intenso desgaste. Por último, el molino tipo Buhr (Figura 4.c) es el molino de disco más antiguo, muy usado para la molienda de harina, consiste en dos discos montados en un eje vertical, el de arriba se encuentra fijo, mientras que el de abajo rota. Los molinos de tambor son usados en muchas industrias para lograr una molienda fina. Básicamente poseen un tambor cilíndrico horizontal que rota a baja velocidad, parcialmente lleno de bolas o de barras (Figura 4a). La carcasa cilíndrica es usualmente de acero recubierta de una lámina de acero al carbono, porcelana o goma. Las bolas son de acero o de piedra. Tanto el material a moler como las bolas o barras del equipo son levantadas en las paredes del tambor (debido a la rotación), las que caen nuevamente en el lecho. La rotación y el impacto del material al caer favorecen la molienda. Se pueden poner baffles en el tambor, dividiendo el equipo en compartimientos donde se cargan bolas de diferentes tamaños (Figura 4.b). Esta disposición permite entregar más energía en las zonas donde hay partículas de mayor tamaño. El tambor cónico (Figura 4.c) utiliza la segregación del material de una manera eficiente. Al girar el tambor las bolas más grandes se mueven hacia el punto de mayor diámetro (donde ingresan las partículas a moler de mayor tamaño), mientras que las más pequeñas se trasladan hacia la salida del equipo. Ilus 4: Molinos de tambor. a) de flujo rebasante, b) molino compartimentado. c) molino cónico Aplicaciones industriales • EL MOLINO DE BOLAS Este tipo de molino se utiliza principalmente en la trituración de materiales con alta dureza. Su mecanismo ocasiona que el producto final adquiera una forma circular. • MOLINO RAYMOND Es muy usado en la industria minera, ya que permite moler materiales no inflamables para producir polvo. Tiene una vida bastante larga y excelente rendimiento. • MOLINO TRAPEZOIDAL Es utilizado en la industria de la energía eléctrica, la metalurgia, la construcción y la industria del carbón, entre otros. Ofrece un ahorro de energía eficiente y es de fácil ajuste. • MOLINO VERTICAL De bajo costo y alto desempeño, el molino vertical es una de las opciones más eficientes para la molienda de carbón, cemento, cobre, cuarzo, feldespato, fluorita, etcétera. • MÁQUINAS DE MOLIENDA Compactos,de fácil instalación y bajo consumo de energía, este tipo de molinos gozan de alta demanda para la fabricación de papel, la molienda de alimentos y materias primas. • MOLINO INDUSTRIAL DE RODILLOS Utilizados principalmente en las industrias ganadera, farmacéutica y minera. • MOLINO DE BARRAS Se aplica ampliamente en la industria minera, así como también tiene aplicaciones en la conservación del agua, la fabricación de vidrio y materiales de construcción. Bond Bond permite representar la molienda razonablemente para materiales gruesos y finos. Las ecuaciones presentadas permiten caracterizar la molienda de manera global, y son herramientas útiles para una primera caracterización del proceso de ruptura. De cualquier manera, si se desea conocer la PSD del producto de la molienda, nuevamente el balance de población es la única herramienta que puede proveer tal información. Ilus 5: Proceso general de la molienda Ilus 6: Molienda del cemento PROCEDIMIENTO 1. Preparar 250 g de muestra triturando piedras pequeñas con un mazo o martillo que después se hacen pasar por tamices de tamaños 50 a 375. 2. Realizar análisis granulométrico antes de la molienda. Pesar la muestra después de realizar el análisis. 3. Limpiar muy bien el equipo y medir el voltaje con el que va a trabajar. 4. Ajustar los discos, cerrar y encender el equipo. Medir el amperaje sin carga. 5. Vaciar la muestra en la entrada de la carga y tomar el tiempo que tarda en molerse. Medir el amperaje con carga. 6. Pesar la muestra recolectada después de la molienda y realizar análisis granulométrico. 7. Realizar cálculos. DIAGRAMA DE FLUJO 1.Triturar piedras con mazo 2.Pasar muestra por tamices 3.Pesar 250 g de muestra 4.Realizar análisis granulométrico 5.Limpiar equipo 6.Medir voltaje 7.Ajustar discos y encender 8.Medir amperaje sin carga 9.Vaciar muestra y medir tiempo 10.Medir amperaje con carga 11.Pesar muestra recolectada 12.Realizar análisis granulométrico ESQUEMA DEL EQUIPO Ilus 7: Molino de mandíbulas (frente) Ilus 8: Molino de mandíbulas (trasera) Ilus 9: Agitador de tamices MATERIALES Y SUSTANCIAS • Muestra de grava • 5 tamices (50 a 375) • Voltímetro • Bascula digital DATOS Y CALCULOS Para determinar el Wi se realizó en primera instancia el análisis granulométrico de la alimenticio al molino, esto con el fin de calcular el F80, en Tabla I se muestran los reportes diferencial y acumulativo negativo del análisis granulométrico a la alimentación y el cálculo del K80, la Ilustración 9 muestra el grafico del reporte acumulativo negativo de la alimentación. Tabla I Reportes de análisis granulométrico de la alimentación Ilus 10: Grafico acumulativo negativo de alimentación Reporte acumulativo negativo "F" Malla Apertura Peso, g % Peso Malla Apertura % Peso 14 1400 0.00 0.00 -14 1400 100.00 975 0 - 14 + 16 1180 3.40 1.36 -16 1180 98.64 975 90 - 16 + 50 300 215.10 86.01 -50 300 12.63 - 50 + 70 212 4.90 1.96 -70 212 10.68 - 70 + 100 150 24.30 9.72 -100 150 0.96 2.40 0.96 250.10 100.00 K80 "F" Colector Total Reporte diferencial "F" Posterior al análisis granulométrico inicial se procedió a realizar la molienda de la cual se tomaron parámetros necesarios para el cálculo de wi y se muestran en Tabla II. Tabla II Parámetros de molienda Posterior a la molienda se realizó el análisis granulométrico al producto obteniendo así los reportes diferencial y acumulativo negativo al igual que el cálculo de k80 los cuales se muestran en Tabla III, y en la Ilustración 10 se presenta grafica del reporte acumulativo negativo. Tabla III Reportes de análisis granulométrico del producto Ilus 11: Grafico acumulativo negativo del producto Fase 1 Fase 2 Fase 1 Fase 2 221 4.22 5.3 4.3 5.5 9.8611x10-3 2.7569x10-4 Voltaje Amperaje sin carga Amperaje con carga Tiempo, hrs. Peso, tc Reporte acumulativo negativo "P" Malla Apertura Peso, g % Peso Malla Apertura % Peso 50 300 38.30 15.72 -50 300 84.28 267.5 0 - 50 + 140 106 66.10 27.13 -140 106 57.14 267.5 90 - 140 + 170 90 32.50 13.34 -170 90 43.80 - 170 + 200 75 28.10 11.54 -200 75 32.27 - 200 + 325 45 29.60 12.15 -325 45 20.11 49.00 20.11 243.60 100.00 Reporte diferencial "P" Colector Total K80 "P" Una vez con los datos de experimentación se realizaron los cálculos para la obtención de wi. 𝑇 = 𝑚𝑡 = 2.7569𝑥10−4𝑡𝑐9.8611𝑥10−3ℎ = 2.7957𝑥10−2𝑡𝑐/ℎ 𝑊 = [(𝑤𝑐 − 𝑤𝑣)(𝑉)](20)1000𝑤 = [((4.3𝑎𝑚𝑝.+5.5𝑎𝑚𝑝. ) − (4.22𝑎𝑚𝑝.+5.3𝑎𝑚𝑝)) ∗ (221𝑉𝑜𝑙𝑡. )] ∗ (20)1000 𝑤 = 1.2376𝑘𝑤 𝑊𝑏 = 𝑊𝑇 = 1.2376𝑘𝑤2.7957𝑥10−2 𝑡𝑐/ℎ = 44.2680𝑘𝑤ℎ/𝑡𝑐 𝑊𝑖 = 𝑊𝑏10√𝑃 − 10√𝐹 = 44.2680𝑘𝑤ℎ/𝑡𝑐10√267.5 − 10√975 = 152.0393𝑘𝑤ℎ/𝑡𝑐 CONCLUSIONES Se logró reconocer el funcionamiento del molino por el que se hizo pasar la muestra, la cual tuvo una reducción de tamaño de sólidos que después se pesó, se llevó a un proceso de tamizado y así lograr el objetivo de la práctica. En la molienda, la reducción de tamaño ayuda a facilitar la extracción de un determinado producto deseado, aunque el material tenga una estructura compleja. Se concluyó que la energía total de consumo del molino es directamente proporcional al flujo de alimentación. En el caso del tamizado, cada malla tiene una forma y tamaño de partículas diferentes, por lo que los tamices que presentan más eficiencia son los de mayor diámetro de malla. Al momento de hacer la reducción de tamaño de los sólidos, se extrajeron diferentes partículas dependiendo del diámetro en cada tamiz, para después pesar y realizar el análisis granulométrico y así evaluar el desempeño del proceso y demostrar que la molienda y el tamizado son procesos efectivos y de gran aplicación industrial. Se llegó a la conclusión de que el proceso de molienda fue exitoso, pues los análisis granulométricos reflejaron que antes de la molienda la mayoría de la muestra se acumuló en la malla 50, y después de la molienda se acumuló más muestra en la malla 140. OBSERVACIONES Un comportamiento importante son las anomalías ocurridas en la práctica, producto de la pérdida de materia que resulta del proceso de molienda, donde se observa que al momento de la alimentación y el producto los valores en gramos difieren un poco, dicha pérdida es consecuente a varios aspectos: que hayan quedado residuos en el molino, la vibración de la máquina, entre otros. Por esta razón se trabajó con mucho cuidado para evitar la pérdida y así conocer la eficiencia de nuestra experiencia trabajando esta práctica. BIBLIOGRAFIA • Ortegas-Rivas, E., Handling and Processing of Food Powders and Particulars, Capítulo 4 en “Encapsulated and Powdered Foods), editado por Onwulata C., CRS Press, Taylor & Francis Group, Boca Raton, FL, USA, 2005. • emjuvi. (s.f.). Obtenido de emjuvi: https://emjuvi.com/molinos-industriales/
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