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• Bobby Rivas

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Objetivo Realizar la reducción del tamaño de partícula de paja de trigo; efectuándolo de forma mecánica (uso de tijeras) en diferentes proporciones y tamaños para posteriormente realizar la separación de las mismas a partir de un tamizado y calcular la energía requerida para el trabajo realizado.

Introducción Frecuentemente en la industria es necesario separar los componentes de una mezcla en fracciones individuales. Las fracciones pueden diferenciarse entre sí por el tamaño de las partículas, por su estado, o por su composición química. Así, por ejemplo, un producto bruto puede purificarse por eliminación de las impurezas que lo contaminan, una mezcla de más de dos componentes, puede separarse en los componentes puros individuales, la corriente que sale de un proceso puede constar de una mezcla del producto y de material no convertido, y es preciso separar y recircular la parte no convertida a la zona de reacción para convertirla de nuevo; también una sustancia valiosa, tal como un material metálico, disperso en un material inerte, es preciso liberarlo con el fin de proceder a su beneficio y desechar el material inerte. Se han desarrollado un gran número de métodos para realizar tales separaciones y algunas operaciones básicas se dedican a ello. En la realidad se presentan muchos problemas de separación y el ingeniero debe de elegir el método más conveniente en cada caso (Geancoplis, 1998). La separación mecánica se puede aplicar a mezclas heterogéneas. Las técnicas se basan en diferencias físicas entre las partículas, tales como el tamaño, la forma o la densidad. Se aplican para separar líquidos de líquidos, sólidos de gases, líquidos de gases, sólidos de sólidos y sólidos de líquidos. Existen procesos especiales donde se utilizan otros métodos que no se estudiarán aquí. Estos métodos especiales se basan en las diferencias entre la facilidad de mojado o en las propiedades eléctricas, o magnéticas de las sustancias.

Muchos de los productos alimenticios y materias primas de la industria química y alimentaria requieren de una preparación y acondicionamiento con el fin de obtener un tamaño determinado de partícula; para esto se requiere del empleo d dos operaciones unitarias: la reducción del tamaño de partícula y el tamizado. La reducción del tamaño de partícula puede definirse como: la operación unitaria en la que el tamaño medio de los alimentos sólidos es reducido por la aplicación de

fuerzas

de

impacto,

compresión,

cizalla

(abrasión)

y/o

cortado.

La compresión se usa para reducir sólidos duros a tamaños más o menos grandes. El impacto produce tamaños gruesos, medianos y finos, la frotación o cizalla, produce partículas finas y el cortado se usa para obtener tamaños prefijados. Una vez realizado este proceso se prosigue a tamizar, es decir a separar la mezcla en varias fracciones de acuerdo a su tamaño pasándolas a través de un tamiz. Cada fracción es más uniforme en tamaño que la muestra original esto permite una operación unitaria complementaria en muchos casos de la reducción de tamaño o de la trituración. La reducción de tamaño es mediante esta operación los sólidos son cortados o divididos en partes más pequeñas transformando en material de un estado granular a un estado polvoriento. Si se aplica la reducción de tamaño de partícula a una sustancia o material se obtiene un producto con tamaño de partícula menor según la naturaleza y características del equipo, así como del tiempo de operación. No todas las partículas producidas tienen el mismo tamaño, por tal motivo es d interés conocer la distribución de tamaños que cada equipo puede producir. Para esto se han establecido ecuaciones que relacionan las fracciones de partículas retenidas con su tamaño y permiten observar cuál de ellas presenta la mayor generalidad, permitiendo afirma ninguna de las muchas correlaciones obtenidas es universal.

Materiales y métodos

   

Materiales 4 Tijeras. 4 bolsas de plástico. Tamices (tamaños: 40, 12, 8 y 4). Cinta masking.

Material biológico  100 g de paja de trigo Equipo  Balanza  Tamizador

Metodología 1. Ingresar al laboratorio con la indumentaria y equipo de seguridad requeridos (Bata blanca, lentes de seguridad, guantes). 2. Seleccionar la paja de trigo a tratar. 3. Cortar 100 g de paja con ayuda de tijeras, a diferentes tamaños y en diferentes proporciones. 4. Mezclar perfectamente las proporciones de los diferentes taños de partícula. 5. Pesar la muestra. 6. Seguir reduciendo el tamaño de partícula hasta completar 100 g. 7. Dividir la muestra en tres porciones iguales. 8. Seleccionar los tamices 40, 12, 8 y 4. 9. Colocar una porción de la muestra en el tamiz 4. 10. Apilar los demás tamices. 11. Colocar los tamices en el tamizador y asegurarlos para que no se caigan. 12. Programar el tamizador a 5 min. 13. Tamizar la muestra, repetir el proceso hasta tamizar los 100 g de paja de trigo. 14. Pesar cada porción de acuerdo al tamaño de partícula. 15. Obtener el porcentaje de cada una de ellas. 16. Lavar el material utilizado y asear área de trabajo. 17. Calcular la energía utilizada para la realización de este proceso. Resultados y Discusiones La reducción del tamaño de partícula se hizo a partir del uso de tijeras como se muestra en la figura 1, no se utilizó ningún otro equipo sin embargo fue posible la obtención de diferentes porciones de materia a diferentes tamaños. Figura 1. Reducción de tamaño de partícula de paja de trigo a partir del uso de tijeras.

Posterior a la reducción del tamaño de partícula se realizó el tamizado para la separación de estas en diferentes tamaños dando como resultado los datos que se muestran en la tabla 1.

Figura 2. Pesado de cada porción de acuerdo al tamaño de partícula.

Tabla 1. Tamaño de partícula con su respectiva masa después del tamizado. Muestra

Tamaño de

Masa (g)

Porcentaje (%)

partícula 1 2 3 4 5

4 15 15 8 50 50 12 16 16 40 16 16 Polvos finos 3 3 TOTAL 100 g 100 % De acuerdo a los porcentajes obtenidos con respecto a cada tamaño de partícula es posible la elaboración de una grafica para observar la relación entre el porcentaje obtenido y el tamaño de partícula gracias a la operación del tamizado. Cabe mencionar que el tamizador utilizado tenía una potencia de 0.5 caballos de fuerza. Gráfica 1. Relación entre el tamaño de partícula y el porcentaje en masa obtenido.

Porcentaje acumulado en función del tamaño de partícula 60 50 40 Porcentaje (%) 30 20 10 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 5.5 Tamaño de partícula (µm) (1= 40, 2=12, 3= 8, 4=40, 5= Polvos finos)

La velocidad a la que se corto la paja fue de aproximadamente 100 g/h. Para el cálculo de la potencia bruta requerida, se utilizo como índice de trabajo E i= 1.3 para la paja de trigo ya que de acuerdo a sus características no es considerado un material duro, lo que permite aplicar menos fuerza para reducir su tamaño de partícula. Utilizando el modelo de Bond es posible calcular la potencia requerida para realizar ese trabajo. P 1 1 =1.46 E i − T D p Df

(

)

Despejando a P se tiene: P=1.46 Ei

( D1 − D1 ) p

f

T

Sustituyendo en la ecuación de Bond los datos obtenidos en la sesión practica.

P=1.46 ( 1.3 )

1 1 ( 41ft − 0.00013 )ft +( 14 − 0.00131 ) 0.22046 lb/h/h

Conclusión Se logró cumplir con el objetivo satisfactoriamente ya que fue posible determinar la energía utilizada para la realización del proceso logrando obtener 4 porciones distintas de la muestra original de 100 g de paja de trigo a diferentes tamaños, gracias a la reducción de tamaño de partícula y el tamizado de la muestra original. Cabe mencionar que estas son operaciones unitarias de suma importancia que son empleada en su mayoría en la industria química y alimentaria.

Bibliografía 

Geancoplis. C. J. (1998). Procesos de Transporte y Operaciones Unitarias. 3ra edición. Pp:884-886, 928-940. México. Editorial: CECSA.