molienda 3
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Mostrar las generalidades, principios físicos y los equipos utilizados para la molienda, con sus respectivas ventajas, desventajas, industrias en las que se utilizan y costos actuales de los mismos.TRANSCRIPT
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OPERACIÓN UNITARIA: MOLIENDA
TRABAJO DE EQUIPOS DE OPERACIONES CON SÓLIDOS
OPERACIONES CON SÓLIDOS
Susan Correa1, Manuel A. Cely
2, Lina. M. Gonzalez
3, Iván E. Albán
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Doc. Iván Ramírez Marín. Departamento de Ingeniería Química, Universidad de América
Resumen: El siguiente artículo es presentado netamente con fines académicos, con un objetivo
claro, el cual es la información de carácter teórico a saber de acuerdo al conocimiento de una
determinada operación unitaria; el cual esta contenido en su totalidad por: principio físico de la
operación unitaria, fundamentación básica y principio de operación del equipo, aplicación de
equipos, ventajas y desventajas de cada equipo; donde la temática prepuesta se analiza para la
operación unitaria de molienda.
Abstract: The following article is purely presented for academic purposes, with a clear objective,
which is the theoretical information to know according to the knowledge of a unit operation,
which is contained in its entirety by physical principle of unit operation, basic foundation and
principle of operation of equipment, application equipment, advantages and disadvantages of
each team, where we analyze the proposed theme for the grinding unit operation.
Palabras clave: molienda, funcionamiento, aplicación, principio, operación
Introducción
Es de vital importancia para la formación
académica ingenieril, el tener un concepto
claro de temáticas tan importantes que se
ven aplicadas en la industria actualmente, en
el cual el Ingeniero Químico forma parte de
manera significativa, las operaciones
unitarias (molienda), son claves para
diversos procesos industriales de diferente
índole ya sea de carácter químico o físico,
siendo así la base de los mecanismos de
obtención de la mayoría de los productos
que la sociedad consume o necesita para
desarrollar actividades determinadas.Es de
sumo realce el construir documentos en los
cuales se despliegue de una mejor manera
los principios que rigen la operación
unitaria, por diversos motivos, en especial
por el proceso de aprendizaje académico que
próximamente se verá aplicado en un
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determinado campo de acción, donde al
tener unos conocimientos previamente
cursados, el Ingeniero podrá desempeñar su
rol de una manera más satisfactoria dentro
de la industria para la cual la operación
unitaria sea parte del proceso productivo.
Resultados
1. Principio físico de la operación
unitaria
“La molienda es una operación unitaria
que implicar una transformación física de
la materia sin alterar su naturaleza, esta
operación 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.
El término reducción de tamañose aplica a
todas las formas en las que laspartículas de
sólidos se pueden cortar o romper en piezas
más pequeñas.
La reducción de partículas aumenta
también la reactividad de los sólidos,
permite la separación por métodos
mecánicos de ingredientes no deseados y
reduce el tamaño de un material fibroso para
que su tratamiento sea más fácil.
Los sólidos pueden romperse de
diferentes formas, pero solamente cuatro de
ellas se utilizan habitualmente en los
equipos de reducción de tamaño: (1)
compresión, (2) impacto, (3) frotación 0
rozamiento, y (4) corte. Un cascanueces, un
martillo, una lima y unas tijeras constituyen
ejemplos de los cuatro tipos de acción. De
una forma general, la compresión se utiliza
para la reducción de sólidos duros, dando
lugar a pocos finos; el impacto genera
productos gruesos, medios o finos; la
frotación conduce a productos muy finos a
partir de materiales blandos no abrasivos. El
corte da lugar a un tamaño definido de
partícula, ‘y a veces también de forma.
En los procesos industriales la reducción
de tamaño de sólidos se lleva a cabo por
distintos métodos y con fines diferentes”.
(McCabe, Smith, & Harriot, 1991)
1.1 Criterios de la desintegración
mecánica. “Este es un término genérico de
reducción de tamaño. Los molinos son un
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tipo de equipos de desintegración. Un
molino ideal debiera
(1)Tener una gran capacidad, (2) requerir
poco consumo de energía por unidad
deproducto, y (3) dar lugar a un producto de
un único tamaño, o distribución detamaños,
que se desee.” (McCabe, Smith, & Harriot,
1991)
1.2 Características de los productos
triturados. “El objetivo de la operación
unitaria es producir pequeñas partículas a
partir de otras más grandes. Las
partículasmás pequeñas son deseables por su
gran superficie o bien por su forma,tamaño y
número.” (McCabe, Smith, & Harriot, 1991)
2. Tipos de molino
La clasificación realizada en cuanto a los
molinos se basó con respecto al libro
(Robert H. Perry, 1998), ya que estos son los
más utilizados en la operación de molienda a
nivel industrial.
2.1 molinos agitados.¨ Se denominan
también molinos de arena, estos molinos
emplean medios de molienda de 6 mm o
menores mientras que los m. vibratorios
emplean medios más grandes; la mayor
parte de estos molinos se restringen a
molienda en húmedo, contrario a los
vibratorios, y producen cierta
sedimentación.” (Robert H. Perry, 1998)
“En los molinos agitados, una rueda
central de paletas se encarga de agitar los
medios a velocidades entre 100 y 1500 rpm.
Las variables que afectan el proceso de
molienda para estos molinos son: (1)
velocidad de agitador y de alimentación, (2)
tamaño y densidad de los granos, (3) carga
en porcentaje del volumen del molino, (4)
temperatura, (5) diseño de las palas, (6)
forma de la cámara del molino, (7) tiempo
de residencia. Los molinos agitados poseen
tamaño que oscilan entre 1 a 1000 L, con
potencias instaladas de hasta 320Kw.”
(Robert H. Perry, 1998)
“Existen variedad de molinos entre los
que se destacan el molino agitado continuo y
el molino de cuello anular.” (Robert H.
Perry, 1998)
“Para el molino continuo, el medio se
agita mediante discos montados sobre un eje
central. La suspensión alimentada se
bombea por un extremo y se descarga por el
contrario, donde se retiene el medio de
molienda mediante una rejilla de discos
planos poco espaciados las cuales se
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emplean en viscosidades de 1 Pa.s.” (Robert
H. Perry, 1998)
Imagen 1. Molino agitado continuo
Imagen 2. Molino de cuellor anular
2.2 Molinos de anillo y rodillo. “Este tipo
de molinos vienen equipados con rodillos y
anillos. La presion se aplica por medio de
fuertes resortes o a traves de la fuerza
centrigufa que ejercen los rodillos sobre el
anillo. Puede hacerse que el anillo o los
rodillos sean estacionarios, y que el primero
este en posicion vertical u horizontal. Estos
molinos son mas eficientes energeticamente
que los molinos de bolas o martillos”.
(Robert H. Perry, 1998)
“Se pueden clasificar en (1) molinos de
anillo y rodillo sin clasificacion interna,con
productibidad nula actualmente, (2) molinos
con clasificacion interna, entre los que se
encuentran :Molinos neumaticos Hercules
de Bradley, molinos de cuenco y molino de
Raymond; el cual cuenta con un anillo de
molienda que esta fijado sobre el plano
horizontal, debajo delanillo se encuentran
las aberturas tangenciales de aire por las que
este penetra a la camara de molienda.
Cuenta con un eje vertical impulsado desde
la parte inferior que impulsa los cojinetes del
rodillo. La fuerza centrifuga impulsa a los
rodillos a cenirse contra el anillo. La materia
prima proveniente del alimentador cae entre
los rodillos y el anillo, siendo molida. Tanto
el moviemiento centrifugo del aire como el
Tomado de “ (SNEERINGER, 2013)l”
Tomado de “ (SNEERINGER, 2013)l”
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de la reja mueven el material grueso hacia la
linea de presion. El aire arrastra el material
fino y lo lleva hacia arriba, partiendo de la
zona de molienda, realizando cierta
clasificacon en este punto.” (Robert H.
Perry, 1998)
Imagen 3. Estructura molino de anillo y
rodillos
Imagen 4. Molino de anillo y rodillo
Imagen 5. Rodillo, Molino de Raymond
Imagen 6. Rodillos, Molinos de anillo y
rodillo
2.3 Molinos de dispersores y coloides.
“Estos molinos operan basandose en el
principio de esfuerzo cortante del fluido a
alta velocidad que producen gotitas
dispersas de tamaño diminuto, entre 3 y
5µm”. (Robert H. Perry, 1998)
“La concentracion de energia en los
molinos de esta clase es alta, y se observa
Tomado de “LOESCHE, THOMAS”
Tomado de “LOESCHE, THOMAS”
Tomado de “(GEBR.PFEIFFER, 2013)”
Tomado de “ (INDUSTRY, 2013)”
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calentamiento considerable, efecto que se
recuce casi siempre mediante el uso de una
camisa enfriada por agua. En otros casos,
como sucede cuando las emulsiones se
calientan, la misma camisa sirve para enfriar
dicho calentamiento”. (Robert H. Perry,
1998)
“Se destacan: (1) molinos para coloides
modelo M, (2) molino Morehouse, (3)
molino Premier, (4) molino Charlotte, (5)
molinos para coloides APV y (6) molinos
para molienda de pintura; los cuales
consisten en un sistema de 2 a 5 rodillos
lisos (denominados cilindros) que trabajan
con diferentes velocidades. La alimentacion
en forma de pasta se introduce entre los 2
primeros cilindros que estan a baja
velocidad y se descarga por los cilindros
finales que estan a altas velocidades, este
proceso se hace gracias a una hoja de corte.
La pasta pasa de la superficie de un rodillo a
la siguiente debido a la diferencia de
velocidad, lo que se traduce en la aplicación
de un esfuerzo cortante a la pelicula del
material”. (Robert H. Perry, 1998)
2.4 Molinos vibratorios. Dentro tipo de
molino encontramos los molinos de bolas
y molino de tubos.
Se pueden alimentar de diferentes
maneras, que se adaptan a diferentes
aplicaciones. Las variaciones incluyen
recubrimientos poliméricos para prevenir la
contaminacion con hierro, el mezcaldo con
diferentes componentes, y operación tanto a
altas como a bajas temperaturas.
El método de operación de la este tipo de
molino se explicara brevemente a
continuación:
“El diámetro del medio de molienda debe
ser superior en 10 veces al de la
alimentación, pero no más de 100 veces.
Según se alcanza una molienda más fina, la
manera como las partículas se deforman y
fluyen alteran la razón de carga, mientras
que los requerimientos de electricidad
aumentan.cLa disponibilidad de tamaños
varia desde 1,3 cm hasta 44 µm.“ (Robert H.
Perry, 1998)
Los rendimientos que presenta este tipo
de molino y dependiendo de sus variaciones
“varian entre 10 y 29 Tm/h. La molienda se
incrementa con el tiempo e residencia,
volumen útil del molino, densidad
energética y frecuencia de vibración; y
llenado del medio de molienda y de la carga
alimentada. La cantidad d energía que se
puede aplicar limita la longitud del tubo a
600mm, aunque alguno diseños alcanzan los
1000mm. Son más favorables las
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vibraciones de mayor amplitud que las de
mayor frecuencia. Los rendimientos altos
pueden obtenerse empleando mas artesas,
como en los molinos de tubo.“ (Robert H.
Perry, 1998)
El molino vibratorio de tubos también es
útil para la molienda en húmedo. En la
molienda de finos por vía húmeda la
estrecha distribución de los tiempos de
residencia conduce a un circuito simple
abierto con bajo rendimiento.
2.5 Molino de Martillos. Estos molinos
sirven para pulverizar y desintegrar,
funcionan a altas velocidades.
La manera como esta constituido y las
partes que lo conforman seran explicadas
así “El eje del rotor puede ser vertical y
horizontal, aunque predomina el eje
horizontal. El eje sostiene los martillos, en
ocasiones llamados agitadores, y pueden ser
elementos en forma de T, de estribo, barras
o anillos. La accion de molienda resulta de
los impacto y la fricción de las particulas
del material alimentado, la cubierta y los
elementos de molienda.“ (Robert H. Perry,
1998)
Lo que respecta a los productos finales
que producen estos molinos se tiene “finura
de productos se regula modificacndo la
valocidad del rotor, la vlocidad de
alimentación o la abertura entre los martillos
y la placa de molienda. La descarga por
rejilla sirve como calsificador interno, pero
su área limitada no permite un
aprovechamiento eficaz cuando se requieren
aberturas pequeñas. El molino es capaz de
recibir alimento de diametro de 2cm y
reducirlo, hcaciendo que este sea cpaz de
atravezar una malla número 200“ (Robert H.
Perry, 1998)
Los molinos de martillos mas
representativos son:
Mikro Pulverizer
Pulverizador Imp
Desintegrador Rietz
Molino de Clavijas
Molino vertical Raymond
2.6 Molino de Discos. Un concepto basico
referido a este tipo de molinos es:
“conocidos como molinos de fricción es
un equivalente de los antiguos molinos
de piedra, es que estas se sustituyen por
discos de acero en los que se montan
placas de molienda intercambiables que
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giran a velocidades mucho mayores.“
(Robert H. Perry, 1998)
Entre sus características de
funcionamiento encontramos “que esta
molienda se lleva a cabo entre placas, que
pueden operar en un plano horizontal o
vertical; uno o los dos dicos giran, y cuando
los dos lo hacen, la rotación se efectua en
direcciones opuestas. . La alimentación
entra por un canal cerca del eje, pasa entre
las placas y se descarga en la periferia de
los discos. Las placas de molienda se
sujetan a los discos por medio de pernos y
la distancia entre estos es ajustable“ (Robert
H. Perry, 1998)
Las el conjunto de partes que componen
este molino son: “un eje, los discos y las
placas te trituración de denomina impulsor.
Los molinos de un solo impulsor con placas
para los mismos objetivos que los molinos
de impulsor doble, excepto que aceptan
alimentaciones de mayor tamaño aunque su
intervalo de reducción de un material dado
sea menorm y afrecen mayores caudales de
salida con menores pontencias de entrada.“
(Robert H. Perry, 1998)
Los molinos ams representativos de esta
clase son: Molino Andritz-Sprout-Bauer y
el molino Buhrstone.
2.7 Molinos hidráulicos. Tienen dos
clasificaciones con distintas caracteristicas
y su funcionamiento, se hace una
clasificación “según la naturaleza de la
acción de molienda que desempeñan. En
una de sus clases, la energía del fluido se
obtiene en corrientes finas de alta
velocidad con cierto ángulo en torno a una
porsión, o en toda la periferia de la cámara
trituradora y clasificadora. En este grupo se
encuentra el reductonizer y el Jet-O-Mizer.
En la otra clase los fluidos arrastran las
partículas a alta velocidad hacia una
cámara en donde se tiene dos corrientes
que chocan entre sí. Los molinos Majac y
de chorro en lecho fluidizado pertenecen a
este grupo.“ (Robert H. Perry, 1998)
Dentro de las generalidades de estos
molinos se tiene que “se registra gran
liberación de energia y se obtiene un alto
orden de turbulencia que ahce que las
partículas se desmenucen entre sí y se
subdividan. No todas las partpiculas se
muelen por completo, de manera que es
necesario realizar la peracion de
clasificacion para devolver las de mayor
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tamaño a fin de realizar una molienda mas
completa. La mayor parte de estos molinos
emplean la energía de la corriente de fluido
en movimiento para efectuar una
clasificación centrifuga.“ (Robert H. Perry,
1998)
4. Aplicaciones
En la industria farmacéutica, alimentaria
y minera, entre otras, los procesos de
molienda se emplean para modificar la
distribución de tamaño de las partículas, así
como sus superficie, densidad y también
para mejorar sus propiedades de mezclado.
Existen distintos tipos de molinos y
tamizadores que se ajustan a cada proceso,
dependiendo de la consistencia de la materia
prima de los requerimientos del producto
terminado.
En el trabajo solo se hablaran de las
siguientes tres industrias y de los molinos
más usados en estas.
En la industria minera los molinos más
utilizados son: “Molino martillo-cuchilla,
Molinos agitadores, Molinos de martillo”
(Robert H. Perry, 1998), “Molinos
oscilantes, Molinos cónicos, Molinos
cilíndricos”. (Antioquia, s.f.)
Pala la industria de alimentos los
“Molinos agitadores, Molinos de martillos y
clavijas, Molinos de anillos y rodillos”
(Robert H. Perry, 1998) son los más
implementados.
Finalmente en la industria minera los
“Molinos agitados, Molinos de martillo,
Molino anillo y rodillo, molinos hidráulicos”
(Robert H. Perry, 1998), a nivel general son
los más utilizados.
5. Ventajas y desventajas de algunos
equipos.
Molinos de martillos
“Ventaja: Los molinos de martillos pueden
tratar casi cualquier producto: sólidos
fibrosos como cortezas o cuero, virutas de
acero, pastas blandas y húmedas, arcilla
plástica o una roca dura.
Desventaja: Para obtener una molienda
fina, están limitados a los materiales más
blandos.” (McCabe, Smith, & Harriot, 1991)
Molino de rodillos
“Ventaja: Pulverizan hasta cincuenta
toneladas por hora (rápida producción).
Ventaja: Cuando se utiliza clasificación,
puede ser tan fino como que el 99 por ciento
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pase a través de un tamiz de doscientas
mallas.
Desventaja: Es una maquina muy elaborada
por consiguiente un poco difícil su limpieza
y mantenimiento.” (McCabe, Smith, &
Harriot, 1991)
Molinos de frotación
“Ventaja: Molinos provistos con diferentes
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.
Desventaja: La potencia requerida es mayor
que en el molino de rodillos y de martillos
para generar una determinada molienda.
Ventaja: Partes intercambiables requeridas
por la molienda a tratar; me refiero a los
discos de molino simple o doble.” (McCabe,
Smith, & Harriot, 1991)
Molinos de volteo:
“Desventaja: Estos molinos resultan
inadecuados para la reducción intermedia y
fina de materiales abrasivos.
Ventaja: Los molinos de volteo a diferencia
de los otros pueden operar tanto de forma
continua como discontinua o por lotes.
Ventaja: A este tipo de molino se le pude
modificar la forma de moler ya sea con
barras, bolas y guijarros.
Desventaja: Sea la forma que sea al moler
el principio básico de funcionamiento no es
muy efectivo si estamos hablando de
producción ya que se demora de dos a cinco
veces más en moler el alimento.” (McCabe,
Smith, & Harriot, 1991)
Molino de martillos con clasificación
(ultrafino)
“Ventaja: Reducen el material a tratar con
un diámetro promedio de uno a veinte
micrómetros.
Desventaja: Los molinos de este tipo
reducen de uno a dos toneladas por hora.
Desventaja: Tiene un sistema de acción
muy elaborado uniendo la molienda por
abrasión o impacto y separación por
inyección de aire.” (McCabe, Smith, &
Harriot, 1991)
Molinos que utilizan la energía de un
fluido (ultrafinos)
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“Ventaja: Es el molino con mayor poder de
reducción (partículas entre 0,5 a 10
micrómetros)
Desventaja: Se utilizan otros gastos aparte
de la energía del motor y compresor tal
como vapor de agua.
Desventaja: Al ser el de mayor poder de
reducción tiene un flujo másico
relativamente pequeño.” (McCabe, Smith, &
Harriot, 1991)
Bibliografía
Antioquia, U. d. (s.f.). Farmacotecnia . Recuperado el 27 de Octubre de 2013, de
http://docencia.udea.edu.co/qf/farmacotecnia/01/01_equipos.html
Harriott, W. R.-J.-P. (s.f.). Operaciones unitarias en ingenieria química . Aravaca (Madrid): McGraw-Hill.
International, E. (s.f.). Zhengyuan Powder Engineering Equipment Co., Ltd. Recuperado el 27 de Octubre
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McCabe, W. L., Smith, J. C., & Harriot, P. (1991). Operaciones unitarias en Ingenieria Quimica. Madird:
McGraw-Hill.
Robert H. Perry, D. W. (1998). Manual del ingeniero químico. McGraw-Hill.
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