Contenido: Definición de centrifugación. Tipos de centrifugas. Manejo de centrífugas. Ciclones. Trituración.
Objetivo: Al finalizar la competencia describirá los fundamentos teóricos de la centrifugación, sin error.
Definición de centrifugación
En la centrifugación, la separación de los constituyentes sólidos y líquidos de una suspensión tiene lugar por efecto de la fuerza centrífuga gracias a las diferentes densidades de cada uno de los componentes de la suspensión. Las suspensiones finas o turbias, difíciles de filtrar, se centrifugan. Puesto que la fuerza centrífuga puede llegar a ser un múltiplo de la fuerza de gravedad, se consigue una más rápida separación del sólido y el líquido tanto por el principio de decantación (sedimentación) como por el de filtración.
Por esta razón, la centrifugación se utiliza muchas veces en lugar de la filtración por diferencia de presión y la decantación y sedimentación por gravedad.
Las centrífugas sirven para separar mezclas de sólidos con líquidos o de líquidos con líquidos. Las mezclas introducidas en ellas se someten a la acción de la fuerza de centrífuga por efecto del rápido giro del tambor.
Esta fuerza inercial es comparable a la aceleración de la gravedad (campo gravitatorio) que causa la sedimentación de las suspensiones, pero es cientos de veces e incluso miles de veces mayor. Bajo su efecto, las partículas de materia sólida suspendidas en un líquido son forzadas a depositar sobre las paredes del tambor o de un medio filtrante, permeable al líquido, que las retiene como en el caso de la filtración.
Según su funcionamiento, las centrífugas se dividen en: centrífugas de tubular, centrífugas de tamiz y centrifugas de tambor entero. Los tres tipos de centrífugas pueden funcionar en continuo o discontinuo. La moderna técnica da preferencia a la centrifugación en continuo.
Tipos de centrifugas
Centrífuga de tazón tubular
El tazón es alto y de diámetro estrecho, de 100 a 150 mm. Estas centrífugas, conocidas como supercentrífugas, desarrollan fuerzas equivalentes a 13 000 veces la fuerza de gravedad. Las centrífugas con diámetros muy estrechos, (75 mm) y velocidades muy altas (60 000 rpm) se llaman ultracentrífugas. Tienen aplicación en la separación de emulsiones líquido-líquido, como se observa el cilindro o tambor no esta perforado.
La centrífuga de tazón con discos
Se utiliza con frecuencia en las separaciones líquidolíquido. La alimentación penetra al compartimiento por el fondo y se desplaza hacia arriba a través de orificios de alimentación espaciados verticalmente, llenando los espacios entre los discos. Los orificios dividen al conjunto vertical en una sección interior, en la que está presente la mayor parte del líquido, y una sección externa, donde predomina el líquido pesado.
Esta línea divisora es similar a la interfaz de una centrífuga tubular. El líquido pesado fluye por debajo de la superficie inferior de un disco hasta la periferia del tazón. El líquido ligero fluye sobre la superficie y hacia la salida de la zona interior.
Cualquier cantidad pequeña de sólidos pesados que pueda existir se desplaza hacia la pared exterior. Se requiere limpieza periódica para extraer los sólidos depositados. Las centrifugas de tazón con discos se usan en la separación de almidón-gluten, en la concentración de látex y en la separación de cremas.
En el caso de centrífugas de tamiz, el tambor perforado como una criba está provisto de elementos filtrantes (tamiz, paño, etc.) sobre los que al funcionar se deposita la sustancia sólida. Si el eje es vertical, el tambor se apoya generalmente en resortes o en cojinete basculante (centrífuga pendular).
Con la centrífuga de tamiz
El funcionamiento es discontinuo, llenado, escurrido, lavado, sacado. La extracción de la materia sólida puede hacerse por arriba o por debajo, según el modelo de centrífuga. Las centrífugas de tamiz se utilizan para separar los cristales de las aguas madres (azúcar, sales) o para el escurrido de fibras (lana, ropa).
El decantador o centrífuga extractora helicoidal esta formado por un tambor rotatorio horizontal de pared entera que se estrecha en forma cónica hacia la salida de la materia sólida decantada. En el interior del tambor rotatorio se encuentra una hélice transportadora que gira a velocidad ligeramente menor y a escasa distancia del tambor.
Este tornillo empuja la materia sólida, separada de la suspensión que entra cerca del eje, haca la extremidad cónica del tambor, por donde se evacua. El líquido se acumula sobre las paredes del tambor y llega a desbordarse por su extremidad ancha que en la parte frontal está provisto de orificios de salida, quedando así decantado
Centrífuga de decantación o decantador
Los decantadores funcionan en continuo y son por ello adecuados para grandes cantidades. Si las partículas sólidas no son muy finas, su efecto separador es bueno.
Manejo de centrífugas
En el manejo de centrífugas hay que tener en cuenta las medidas de seguridad siguientes:
1. Las centrífugas se deben comprobar por lo menos una vez al año por un técnico especializado (para cada centrífuga debe llevarse un libro de control con el dictamen pericial)
2. Las centrífugas deben disponer de una tapa protectora con cierre de seguridad. El funcionamiento impecable del cierre debe comprobarse continuamente por el maestro mecánico.
3. La carga máxima y el número de revoluciones por unidad de tiempo indicado en la placa de identificación no se deben sobrepasar.
4. En las centrífugas, y en especial en las de tamiz, la carga debe repartirse de modo uniforme. Si por distribución inadecuada de la carga se produce desequilibrio, primeramente se intentará compensar por rellenado.
Si aun así no se consigue el equilibrio se elimina por raspado parte de la capa depositada. Si aun así no se consigue una marcha regular sin vibraciones, se debe parar la centrífuga inmediatamente.
5. Las centrífugas instaladas en locales especialmente protegidos contra el riesgo de explosión deben estar provistas de los mismos elementos de protección (correa de transmisión conductora de la electricidad). Si se centrifugan materias combustibles, se debe trabajar bajo atmósfera inerte (nitrógeno).
6. Hasta que una centrífuga no está por completo parada, esta terminantemente prohibido vaciarla o limpiarla con paletas u otros utensilios.
Ciclones
Para separar partículas pequeñas o polvo fino de los gases, el tipo de equipo de uso más común es el separador de ciclón. El ciclón consta de un cilindro vertical con fondo cónico. La mezcla gas y partículas sólidas entra tangencialmente por la parte superior.
La penetración de la mezcla le imparte un movimiento giratorio y el remolino que se desarrolla produce la fuerza centrífuga que arrastra a las partículas hacia la pared de forma radial.
Al entrar, el aire del ciclón fluye hacia abajo en una espiral o vórtice adyacente a la pared.
Cuando el aire se aproxima al fondo cónico, vuelve a subir en una pequeña espiral en el centro del cono y del cilindro. Por consiguiente, se forma un vórtice doble. Las espirales descendente y ascendente giran en el mismo sentido.
Las partículas son arrastradas hacia la pared y caen al fondo, saliendo por la parte inferior del cono. Un ciclón es un dispositivo de precipitación, en el que las fuerzas que arrastran a las partículas hacia fuera a velocidades tangencialmente altas, son varias veces superiores a la fuerza de gravedad. Por tanto, los ciclones permiten separaciones mucho más efectivas que las cámaras de precipitación por gravedad.
Estos equipos son muy comunes en ciertas aplicaciones, como el secado de alimentos por rociado, en el que las partículas secas se separan por ciclones; en equipos separadores de polvos ambientales; y en la separación de rocíos finos de los gases. Los ciclones constituyen uno de los sistemas más económicos para la separación de gases y partículas.
Se pueden usar para la extracción de partículas de más de 5 micras de diámetro suspendidas en gases; para partículas de más de 20 micras, se prefieren las cámaras de precipitación por gravedad. Algunas veces se usan ciclones de purificación en húmedo, en los cuales se rocía el agua para ayudar a separar sólidos.
Trituración
Como consecuencia del método de obtención y de la estructura de los yacimientos se obtiene las materias primas sólidas, como por ejemplo la hulla, minerales, caliza, pirita, etc., casi siempre en trozos de muy variado tamaño, que no son adecuados para la posterior elaboración.
Las instalaciones de extracción y de dosificación precisan de materia prima de grano uniforme. El tamaño de grano requerido depende del tipo de tratamiento y de la velocidad de reacción. A los productos elaborados se debe dar un tamaño de grano que facilite su empleo y que aumente su eficacia.
Muchos productos finales (Por ejemplo, colorantes) resultan generalmente en forma de trozos demasiados gruesos. Para su ulterior elaboración tienen que triturarse. La trituración de los materiales incrementa la superficie libre de los materiales sólidos.
Como se ha mencionado las materias sólidas y los productos elaborados deben someterse a un proceso de trituración adecuado que permite obtener tamaños de grano que van desde trozos de 30 a 40 cm hasta la harina más fina casi sin soluciones de continuidad, según las necesidades técnicas.
Las máquinas trituradoras tienen que estar construidas con tanta más solidez cuanto mayor es el tamaño de los materiales a triturar. Por ello, si se ha de llegar a polvo fino partiendo de trozos grandes es conveniente cambiar de máquina una o varias veces.
En una trituración gradual se distinguen los siguientes tipos:
– Quebrantar. Triturar hasta el tamaño de una avellana.
– Triturar. Triturar hasta el tamaño de granalla.
– Moler. Trituración fina.
De acuerdo con esto, se distingue entre quebrantadoras, trituradoras (muelas) y molinos. También son usuales subdivisiones en pre y post quebrantadoras, trituradora gruesa y fina, etc. Por otra parte, según las propiedades físicas de una sustancia, su dureza, su fragilidad, se emplea un método distinto de trituración.
Las máquinas trituradoras aplican simultáneamente varios de estos métodos. Muchas de las sustancias se deben secar antes de proceder a su trituración, ya que de lo contrario formarían pastas espesas en la trituradora (secado previo de los colorantes antes de triturar).
A veces se hace el molino en húmedo, especialmente cuando la posterior elaboración exige el material húmedo. Esto puede ser necesario sobre todo para los materiales combustibles o para aquellos que tienden a cargarse con electricidad estática. Una gran ventaja de la trituración húmeda es que impide la producción de polvo y con ello permite un ahorro en grandes instalaciones para su eliminación.
Para eliminar los trozos de hierro, antes de proceder a la trituración de un material, se debe someter éste a la acción de un separador magnético. Estos separadores magnéticos impiden que lleguen trozos de hierro al molino o a otras máquinas de trituración sensibles.
Por medio de imanes, los separadores magnéticos retienen las partículas de hierro y acero (Por ejemplo, tornillo, clavos, etc.). Otros metales como el cobre y el aluminio entre otros no quedan retenidos por el separador magnético, naturalmente, y llegan a la máquina trituradora junto con el material a moler.
– Antes de la puesta en marcha, hay que comprobar que no se encuentran objetos extraños en el interior de la máquina.
– Con el separador magnético instalado delante de las trituradoras hay que eliminar cualquier pieza de hierro que se encuentre en el material que se va a triturar.
– La lubricación de las máquinas debe controlarse cuidadosamente.
– Las máquinas que se obstruyen deben pararse inmediatamente.
– Antes de proceder a la limpieza de la máquina, hay que parar el motor y asegurarse de ello (desconexión del motor, bloqueo del conmutador)
– Cuando las máquinas están en marcha está estrictamente prohibido introducir las manos o cualquier herramienta en ellas, o intentar cualquier reparación.
Fuente: Fuente: Apuntes de procesos químicos / unideg