Propiedades de los Sólidos

SÓLIDOS.- Se caracterizan por tener una estructura cristalina que le da la capacidad de soportar fuerzas sin deformarse. Son agregados generalmente rígidos, incomprensibles, duros y resistentes, con volumen constante y no se difunden ya que no pueden desplazarse. Hay dos tipos:

  • 1. Cristalinos: Son moleculares, iónicos y metálicos según las partículas y las fuerzas que las mantienen unidas. Las partículas están ordenadas en el espacio de forma regular, con aristas perfectamente rectas y ángulos interfaciales regulares. Los átomos, moléculas o iones ocupan posiciones específicas.
  • 2. Amorfos: Partículas sin estructura ordenada, sin forma ni caras bien definidas. Partículas irregularmente distribuidas en el espacio con aristas curvas y ángulos interfaciales irregulares.

Reducción de Tamaño y Desintegración Mecánica

1. REDUCCIÓN DE TAMAÑO es una operación en la que los sólidos son cortados o triturados en equipos de molienda mediante un proceso mecánico de ruptura para convertirlos en partículas más pequeñas sin alterar su estado de agregación.

2. TIPOS DE REDUCCIÓN:

  • a) POR LAS FUERZAS QUE APLICAN LOS EQUIPOS:
    • 1. Compresión: Para reducir materiales gruesos y duros y hacer productos poco finos.
    • 2. Impacto: Da productos gruesos, medios y finos.
    • 3. Desgaste o rozamiento: Da productos muy finos de materiales suaves, no abrasivos, mediante fuerzas de torsión. Se usa en molinos de disco en pulverización.
    • 4. Corte o cizalladura: Da partículas de tamaño definido.
  • b) POR MEDIOS FÍSICOS O TAMAÑO DE MATERIALES A PRODUCIR:
    • 1. Trituración: De amplia aplicación en la industria química y significa rompimiento. Está asociada a las fuerzas de compresión para la ruptura de productos duros.
    • 2. Molienda: Para materiales de medianos tamaños y se aplica en la industria de alimentos y farmacéutica.
    • 3. Pulverización o molienda fina: Para obtener polvo, va relacionado con las fuerzas de cizalladura y se usa para hacer aditivos.

3. RAZONES DE LA REDUCCIÓN:

  • 1. Para aumentar la superficie de contacto con el fin de incrementar la eficiencia de procesos físicos o químicos.
  • 2. Para separar dos componentes donde el disperso está en paquetes y aislado.
  • 3. Para satisfacer las especificaciones de medidas de productos comerciales (café molido).
  • 4. Para hacer mezclas de sólidos en operaciones sólido-sólido, donde el mezclado es óptimo cuando las partículas son muy pequeñas.
  • 5. Mejorar la densidad, solubilidad y dispersión.
  • 6. Facilitar el transporte de los materiales.

4. CRITERIOS DE LA DESINTEGRACIÓN MECÁNICA: Es el término genérico de reducción de tamaño. Los molinos y quebrantadores son tipos de equipos desintegradores. Los ideales deberían tener: 1. Una gran capacidad; 2. Poco consumo de energía; 3. Originar un producto de único tamaño o destrucción uniforme.

5. TIPOS DE MÁQUINAS DE REDUCCIÓN:

  • A) Quebrantadores bastos: De mandíbulas (Blake, Dodge) y de mandíbulas giratorias.
  • B) Trituradores o quebrantadores intermedios: De rodillos, martillos y de discos.
  • C) Molinos:
    • 1. Finos (centrífugos, de piedras, rodillos, de bolas, de tubos).
    • 2. Ultrafinos (de martillos y los que usan energía del fluido).

Equipos de Reducción: Quebrantadores y Molinos

1. QUEBRANTADORES Y TRITURADORES: Realizan el trabajo pesado de romper grandes piezas de sólidos en pequeños trozos. Un quebrantador primario trabaja con el material que sale de la cantera aceptándolo tal como sale para romperlo en trozos. El secundario reduce a partículas más pequeñas de 6 mm.

Tipos de Quebrantadores:

  • A) DE MANDÍBULAS BLAKE: La alimentación se recibe por la parte superior entre dos mandíbulas con forma de V abierta; una es fija casi vertical y la otra móvil. Las mandíbulas se abren y cierran, y la descarga del producto es por el fondo e intermitente.
  • B) QUEBRANTADOR GIRATORIO: Es una trituradora de mandíbulas circulares que oprime y desmenuza el material en varias partes. Su cabezal cónico gira dentro de una carcasa en forma de embudo, abierta en la parte superior donde entra la alimentación. Los sólidos aprisionados en el espacio en forma de V son rotos varias veces hasta salir por el fondo. El cabezal de trituración gira libremente por el eje y se mueve lentamente por la fricción del material. La descarga del producto es continua y se usa mucho para el troceado de rocas duras.
  • C) TRITURADORA DE RODILLOS DENTADOS: La superficie de los rodillos dentados puede tener estrías, bordes rompedores o dientes. También pueden tener dos rodillos o solo uno que trabaja frente a una placa curvada fija. Son más versátiles y operan por compresión, impacto y cizalladura. No pueden trabajar con sólidos muy duros.
  • D) QUEBRANTADORES DE IMPACTO: La trituradora de martillos de eje horizontal tiene una carcasa cubierta en su interior por placas de descarga, donde hay un eje horizontal que gira a gran velocidad y al cual van sujetos los martillos (elementos de percusión). El material entra por arriba, cayendo por gravedad a la cámara de desintegración, donde es golpeado por los martillos formando sucesivos impactos entre partículas, contra la carcasa y el rotor. Esto desintegra el material y favorece un mejor formato del producto.

2. MOLINOS: Reducen el producto del quebrantador hasta hacerlo polvo. El polvo que viene del molino intermedio pasa a un tamiz de 40 mallas, mientras que la mayor parte del producto que sale de un molino fino pasa a un tamiz de 200 mallas. Se utiliza para gran variedad de máquinas que reducen tamaño.

Tipos de Molinos:

  • A) MOLINOS DE VOLTEO (De barras, bolas, piedras, de tubo…): Un molino típico de volteo tiene una carcasa cilíndrica que gira lentamente alrededor de un eje horizontal y está llena hasta la mitad de su volumen con medio sólido de molienda. Generalmente la carcasa es de acero con recubrimiento de una lámina de acero de elevado contenido de carbono.
  • B) MOLINOS DE BARRAS: Grandes tubos cilíndricos puestos horizontalmente, constituidos a base de placas de acero protegidas contra el desgaste y la corrosión por revestimientos metálicos intercambiables. Tienen un límite elástico para evitar que se tuerzan las barras, así no se rompen ni traban. Se usan para moliendas más gruesas.
  • C) MOLINO DE BOLAS: Tiene características comunes con los de barras. Son tambores cilíndricos con paredes interiores revestidas de blindajes. Los cuerpos moledores son de bolas o de formas cilíndricas, cónicas o irregulares. La mayor parte de la reducción se hace por impacto cuando las bolas caen desde la máxima altura de la carcasa. Se usa con frecuencia en la industria química.
  • D) MOLINO TUBULAR: Es un molino de bolas continuo con una larga carcasa cilíndrica donde el material es tratado de 2 a 5 veces más que en el de bolas. Son excelentes para moler polvo muy fino en un solo paso cuando el consumo de energía no es prioritario.
  • E) MOLINOS DE MARTILLOS E IMPACTADORES: Tienen un rotor que gira a alta velocidad en el interior de una carcasa cilíndrica con un eje general horizontal. La alimentación entra por la parte superior, se trocea y cae a través de la abertura del fondo. Las partículas se rompen por martillos giratorios acoplados a un disco rotor y son pulverizadas al pasar por un tamiz. Pueden tratar sólidos fibrosos, virutas de acero y pastas blandas y húmedas.
  • F) MOLINOS DE RODILLOS: Las partículas sólidas son atrapadas entre una parte que gira y la cara de un anillo o carcasa. Los rodillos verticales presionan contra un anillo-yunque fijo y el producto se retira con aire hacia un separador clasificador.
  • G) MOLINOS PARA ENERGÍA DE UN FLUIDO: Las partículas sólidas son transportadas en una corriente gaseosa y llevadas a gran velocidad en trayectoria elíptica. Por golpes y fricción contra las paredes de la cámara y entre las propias partículas se realiza la reducción de tamaño. El gas empleado es aire comprimido o vapor precalentado.
  • H) MOLINOS DE DISCOS O FROTACIÓN: Las partículas de sólidos blandos son frotadas entre caras planas estriadas de discos circulares rotatorios. El eje del disco es horizontal o vertical. En un molino simple, uno de los discos está parado y el otro rota; en las máquinas de doble rotación, ambos discos giran a alta velocidad en sentidos contrarios.

Sistemas de Transporte de Sólidos

SISTEMAS DE TRANSPORTE DE SÓLIDOS: mecánicos, hidráulicos y neumáticos.

1. MECÁNICO:

  • A) Transportador de rodillos: Metálicos y distribuidos por metros dependiendo de la distancia de recorrido.
  • B) Transportador de tornillo sin fin: El motor eléctrico impulsa el tornillo alimentado por la tolva desde un depósito de almacenamiento (ej. silo).
  • C) Cintas transportadoras: Plana y cónica.

2. TRANSPORTE HIDRÁULICO: Se usa un fluido hidráulico (agua) que lleva por arrastre en suspensión a los sólidos a lo largo de un conducto. Es muy utilizado en minería. La pulpa o slurry es la mezcla de agua y sólido, movida por la presión creada por una diferencia natural en el nivel o por aparatos mecánicos, bombas o elevadores hidráulicos. Presenta condicionantes:

  • Los sólidos no deben sufrir ningún cambio físico o químico importante mientras estén en contacto con el líquido o al separarse.
  • La mezcla no debe tener grandes cambios en su viscosidad y el tamaño de partículas no debe ser excesivamente grande.

Ventajas: 1. Alta eficiencia; 2. Confiabilidad; 3. Flexibilidad de instalación; 4. Simplicidad; 5. Facilidad para vencer obstáculos; 6. Flujo continuo; 7. Bajo consumo de energía; 8. Posibilidad de transportar varios productos.

Clasificación según composición del slurry: A) Homogéneos: El material se mezcla después de ser triturado muy fino y el agua forma una mezcla de viscosidad modificada; B) Heterogéneos: Fase líquida y sólida transportadas en fases claramente separadas.

3. TRANSPORTE NEUMÁTICO: Es el desplazamiento de sólidos granulares o polvos secos debido a un flujo de gas. Hay dos métodos principales: 1º) Velocidad de aire capaz de suspender el material; 2º) Airear el material forzando la columna fluidizada a través del sistema mediante la expansión del aire. Se divide por tipo de fase (Densa o Diluida) y por la naturaleza de la presión (Presión positiva, Presión negativa o vacío, o sistemas combinados).

Tipos Específicos de Transportadores

TRANSPORTADORES DE BANDAS: Uno de los más económicos. Son instalaciones fijas para grandes distancias dentro de la planta de forma continua. Tiene una cinta sin fin de chapas metálicas articuladas que descansa sobre rodillos. Su empleo está limitado a recorridos casi rectos y horizontales. Consta de poleas, correa, rodillos, tensores, sistema motriz, alimentador y descargador.

TRANSPORTADORES DE CANGILONES: Son máquinas de transporte vertical continuo para la manipulación de materiales a granel como talcos granulados. Consisten en una serie de recipientes o cangilones montados sobre una o dos cadenas sin fin accionadas por ruedas dentadas. Existen varios tipos: de descarga centrífuga, de descarga positiva o por gravedad, y continuos.

Almacenamiento de Sólidos

ALMACENAMIENTO: Si es de productos acabados y materias primas, tiene una función reguladora que permite solucionar problemas de fluctuaciones en producción y comercialización. Se usan los silos, cuyo principio es elevar el producto a lo más alto para que después caiga por gravedad a las tolvas y de allí al almacén.

NORMAS DE ALMACENAMIENTO: La forma de almacenar depende de las propiedades de los sólidos:

  • Productos que no alteran sus propiedades en contacto con el aire: Su almacenamiento es más económico, se pueden apilar al aire libre por no sufrir alteraciones atmosféricas importantes (ej. carbón).
  • Productos que alteran sus propiedades: Se almacenan en locales cerrados o silos (ej. abonos y productos químicos).

El almacén debe distribuirse según la variedad y calidades de los productos para permitir su removido, salida y reposición con facilidad, reduciendo al máximo su manipulación. Los materiales inflamables deben estar en locales bien climatizados.

DEPÓSITOS, TOLVAS Y SILOS DE ALMACENAMIENTO: Un depósito es la parte superior del recipiente con lados verticales; la tolva tiene al menos un lado inclinado y es la sección entre el depósito y la salida. Las formas de almacenamiento pueden ser a la intemperie (pilas) o confinadas (recipientes o silos).

Características del flujo de materiales: A) Flujo de masa: todos los materiales en el recipiente se desplazan cuando se retira una parte; B) Flujo de embudo: fluye solo una porción del material en un canal al retirar cualquier cantidad.

Fractura 2 016