CENTRIFUGA

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INTRODUCCIÓN

Centrifugadora, aparato mecánico que utiliza la fuerza centrípeta para separar sustancias de diferentes densidades. Una centrifugadora común es un recipiente que gira a gran velocidad. El único límite para la fuerza centrípeta es la resistencia del metal con el que está fabricado el aparato. Las fuerzas centrípetas pueden ser miles de veces más intensas que la fuerza de la gravedad.

Las centrifugadoras pueden usarse para la separación rápida de sustancias que en condiciones normales se separarían lentamente bajo la influencia de la gravedad. Por ejemplo, puede acelerarse el secado de un sólido centrifugándolo. Este principio se aplica en el ciclo de centrifugado de las lavadoras automáticas convencionales. La primera centrifugadora construida con éxito, un separador de nata, fue inventada en 1883 por el ingeniero sueco Carl de Laval. Desde entonces se han hecho muchas otras aplicaciones del centrifugado. (Para la separación de isótopos, como los isótopos de uranio, para la separación de células de la sangre; y para la separación de azúcar del jarabe).

Cuanto más pequeño es el diámetro de una centrifugadora, mayores son las fuerzas y las aceleraciones que se ejercen sobre el contenido, y más rápidamente puede girar sin romperse. Las centrifugadoras más potentes, conocidas como ultracentrifugadoras, son tubos largos y estrechos que giran a gran velocidad. La ultracentrifugadora fue desarrollada hacia 1920 por el químico sueco Theodor Svedberg, y mejorada por el físico estadounidense Jesse Beams.

En la ultracentrifugadora de Beams el rotor, la parte que gira de una centrifugadora, se suspende magnéticamente en el vacío y se mueve mediante un motor eléctrico. De este modo, la fricción se reduce a una cantidad insignificante; por ejemplo, si un rotor de 2 mm da vueltas en un vacío de 1/400.000.000 de la presión atmosférica a 100.000 revoluciones por segundo y la fuerza motriz se desactiva, sólo se perderán 100 revoluciones por segundo cada hora.

OBJETIVOS GENERALES

a) Caracterización hidrodinámica de la columna operada:I. Operación en seco, con un fluído (aire) pasando a través de la columna, para

comprobar la correlación de Ergun para empacadas.II. Operación en húmedo, con flujos a contracorriente de líquido (agua) y gas (aire)

para condición límite de operación de columnas: obtención de flujo de inundación.

b) Determinación de coeficientes de transferencia de masa, así como flujo de la influencia que sobre estos tienen razones de flujo de líquidos y gas, en una columna de absorción empacada de anillos de Raschiz de vidrio, operando a contracorriente.

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MARCO TEÓRICO.

Carcasa.   Es la parte exterior protectora de la bomba y cumple la función de convertir la energía de velocidad impartida al líquido por el impulsor en energía de presión.  Esto se lleva a cabo mediante reducción de la velocidad por un aumento gradual del área.

Impulsores. Es el corazón de la bomba centrífuga. Recibe el líquido y le imparte una velocidad de la cual depende la carga producida por la bomba.

Anillos de desgaste. Cumplen la función de ser un elemento fácil y barato de remover en aquellas partes en donde debido a las cerradas holguras entre el impulsor y la carcasa, el desgaste es casi seguro, evitando así la necesidad de cambiar estos elementos y quitar solo los anillos.

Estoperas, empaques y sellos. la función de estos elementos es evitar el flujo hacia fuera del líquido bombeado a través del orificio por donde pasa la flecha de la bomba y el flujo de aire hacia el interior de la bomba.

Flecha. Es el eje de todos los elementos que giran en la bomba centrífuga, transmitiendo además el movimiento que imparte la flecha del motor.

Cojinetes. Sirven de soporte  a la flecha de todo el rotor en un alineamiento correcto en relación con las partes estacionarias.  Soportan las cargas radiales y axiales existentes en la bomba.

Bases. Sirven de soporte a la bomba, sosteniendo el peso de toda ella.

CARGA DE SUCCIÓN Y ELEVACIÓN DE SUCCIÓN Y ALGUNAS CONDICIONES DE SUCCIÓN.

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Elevación de succión. Es la suma de la elevación estática de succión, de la carga de fricción de succión total y de las pérdidas de admisión (la elevación de succión es una carga de succión negativa).

Carga de succión. Es la carga estática de succión menos la carga de fricción total y las pérdidas de admisión, más cualquier presión que se encuentre en la línea de succión. Es una presión negativa (hay vacío) y se suma algebraicamente a la carga estática de succión del sistema.

Condiciones de succión. Por lo que respecta al líquido, se tomará en cuenta la influencia de su presión sobre la succión.

Presión de vapor. Si un líquido se encuentra a una temperatura arriba de su punto de ebullición, sufre evaporación en su superficie libre. En el seno del líquido se origina una presión que se llama presión de vapor y que está en función directa con la temperatura del líquido.

Presión de bombeo. Destinemos una bomba cualquiera para bombear un líquido. Al funcionar la bomba, tiende a formar un vacío en el seno del líquido. Éste succionar se conoce como presión de bombeo.

Carga neta de succión positiva (NPSH). Es la presión disponible o requerida para forzar un gasto determinado, en litros por segundo, a través de la tubería de succión, al ojo del impulsor, cilindro o carcasa de una bomba. En el bombeo de líquidos la presión en cualquier punto en la línea de succión nunca deberá reducirse a la  presión de vapor del líquido.

NPSH disponible. Esta depende de la carga de succión o elevación, la carga de fricción, y la presión de vapor del líquido manejado a la temperatura de bombeo. Si se varía cualquiera de estos puntos, la NPSH puede alterarse.

NPSH requerida. Esta depende sólo del diseño de la bomba y se obtiene del fabricante para cada bomba en particular, según su tipo, modelo, capacidad y velocidad.

Cebado de las Bombas. Consiste en la extracción del aire de la tubería de succión de la bomba para permitir un correcto funcionamiento. Esta operación se realiza en todas las bombas centrífugas ya que no son autocebantes, generalmente cuando ésta se encuentra en una posición superior al tanque de aspiración.

Carga Hidráulica. Es la energía impartida al líquido por la bomba, es decir, la diferencia entre la carga de descarga y la succión.

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Punto de Shut-off. Representa la carga hidráulica que produce la bomba cuando el caudal a través de ella es nulo. (La válvula a la salida de la bomba esta cerrada, con el fluido en contacto con el rodete).

Potencia Absorbida  (N). Representa la potencia requerida por la bomba para transferir líquidos de un punto a otro y la energía requerida para vencer sus pérdidas.

Potencia Hidráulica (Ph). Potencia cedida al líquido en el proceso de su transferencia de un punto a otro.

PROCEDIMIENTO

1.- Familiarizarse con el manejo del aparato.

2.-Prepare una suspensión de concentración conocida para ser centrifugada.

3.- Ponga en funcionamiento el motor de la bomba.

4.- Mueva la palanca a posición de giro.

5.- Lentamente vaya permitiendo el paso del aceite a través de la turbina para que gire la canasta hasta alcanzar las 2500 rpm.

6.- Empiece a alimentarla suspensión lentamente cuidando que la canaste esté balanceada en todo momento.

7.- Recoja el filtrado que sale por el tubo de salida de filtrado y haga mediciones de tiempo requerido para filtrar el volumen de un litro.

8.- Lave la torta hasta que ya no salga líquido turbio.

9.- Invierta la operación 5 para detener la canasta haciendo uso también de la palanca de arranque.

10.- Desatornille la cesta y haga las mediciones necesarias en ésta.

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CUESTIONARIO

Describa detalladamente el funcionamiento de una centrifuga discontinua.

Las características estándar de las centrifugas discontinuas  son: 

motores diseñados y manufacturados por Broadbent, según necesidades cabezal de suspensión de una sola pieza que contiene los rodamientos

principales y utiliza un amortiguador-separador cónico de caucho remoción total del azúcar utilizando el sistema de descargue especial tipo arado

de Broadbent. sistema de lavado especialmente diseñado para utilizar la cantidad mínima de

agua. válvula de descargue que abre hacia abajo, lo que permite un rápido descargue

del azúcar en la canasta. controles diseñados y programados por Broadbent, para una operación

confiable completamente automática. controles sencillos del operador utilizando una pantalla activada por "toque", a

colores. control de alimentación por medio de una válvula de mariposa y una válvula

secundaria antigoteo.-

Sistemas de accionamiento disponibles:

De tres velocidades, por medio de cambio de polos

el motor de tres velocidades es un accionamiento muy probado, de fácil mantenimiento, para operar durante muchos ciclos continuas y da una significativa recuperación de energía al compararse con los sistemas de dos velocidades.

De velocidad variable, corriente alterna, alta eficiencia de energía

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utiliza la ultima técnica de los convertidores de frecuencia en eficiencia de energía, el control de velocidad se logra variando la frecuencia y el voltaje de motor Broadbent. el frenado regenerativo total desde la velocidad máxima, hasta la velocidad de descarga recupera mas potencia durante el ciclo con un mínimo de desgaste y mantenimiento

Equipo Opcional

Las centrifugas discontinuas se pueden suministrar con los siguienters equipos opcionales

Separadores de mieles-(licor)-Alta y baja pureza Equipo para conectarse al sistema de control central de la fabrica Partes en contacto com la masa cocida  totalmente de acero inoxidable

Ventajas de diseño

Motores de alto desempeño construidos para dar mas ciclos por hora Eje en una sola pieza que simplifica el diseño mecánico y reduce costos de

mantenimiento Alta tolerancia a vibraciones y fuerza de balance gracias a su amortiguador

cónico especial

Ventajas del proceso

Bajo consumo de agua de lavado para minimizar el azúcar disuelto y reducir la recirculación

Separación precisa de mieles de alta y baja pureza Sistema de descarga que limpia completamente la malla

Mencione las distintas combinaciones que se pueden hacer en arreglos canasta-medio filtrante.

Existen 2 grandes tipos de centrífugas:1) Centrífuga De Sedimentación:Esta contiene un cilindro o un cono de pared sólida que gira alrededor de un eje horizontal o vertical. Por fuerza centrífuga, una capa anular de líquido de espesor fijo se sostiene contra la pared. A causa de que esta fuerza es bastante grande comparada con la de la gravedad, la superficie del líquido se encuentra esencialmente paralela al eje de rotación, independientemente de la orientación de la unidad. Las fases densas "se hunden" hacia fuera y las fases menos densas se levantan hacia dentro. Las partículas pesadas se acumulan sobre la pared y deben retirarse continua y periódicamente.

2) Centrífugas De Filtro:Estas operan como el tambor de rotación de una lavadora doméstica. La pared de la canasta está perforada y cubierta con un medio filtrante, como una tela o una rejilla fina, el líquido pasa a través de la pared impelido por la fuerza centrífuga dejando una torta de sólidos sobre el medio filtrante. La rapidez de filtración se incrementa con esta

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fuerza y con la permeabilidad de la torta sólida. Algunos sólidos compresibles no se filtran bien en una centrífuga a causa de la deformación que sufren las partículas por la acción de la fuerza centrífuga, por lo que la permeabilidad de la torta se ve reducida considerablemente. La cantidad de líquido que se adhiere a los sólidos después que éstos se han centrifugado depende también de la fuerza centrífuga aplicada; en general, el líquido retenido es considerablemente menor que el que queda en la torta que producen otros tipos de filtros.

ClasificaciónDependiendo del mecanismo utilizado para realizar su trabajo, las centrífugas se clasifican en :1) Centrífugas HidraulicasPara este tipo de centrífuga es necesario un litro de agua por segundo para un H.P. Cuando la presión se aplica con unabomba centrífuga, ésta tiene generalmente, un rendimiento propio de 0.65 a 0.80. Las bombas bien construidas, llegan fácilmente a 0.75.

Ventajas:

1. Su conservación es simple; las piezas que más se desgastan son las boquillas, que se reemplazan fácilmente.

2. En algunos países se ha llegado a hacerlas girar muy rápidamente, aumentando la presión del agua y la potencia de las bombas.

Desventajas:

1. Tienen un alto consumo de potencia por el bajo rendimiento de la rueda Pelton.

2. El problema anterior se acentúa más si se les hace trabajar con compresores de acción directa, que consumen de 35 a 40-Kg. por H.P.

3. Su arranque es relativamente lento. 4. Este tipo de centrífuga tiende a desaparecer, por no corresponder a las

exigencias de la industria azucarera moderna.

2) Centrífugas De BandaEste tipo de centrífugas se reúne en baterías movidas por un eje longitudinal común que, a su vez, es mandado por un motor. Los ejes de las centrífugas son verticales y por lo tanto, la transmisión necesita poleas locas para el regreso de la banda. El eje longitudinal gira comúnmente a una velocidad de aproximadamente un tercio de la de las máquinas. El cálculo de las centrífugas de banda, se hace a partir del par y de la aceleración angular, pudiendo considerarse ésta como constante durante el período de arranque.

Ventajas:

1. Son las baratas de instalar. 2. Son simples y su conservación es fácil. 3. Causan al motor pocas cargas intempestivas y dar una marcha suave y

regular.

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Desventajas:

1. El desgaste de las bandas es considerable 2. Las necesidades de potencia sin ser tan altas como las de las centrífugas

hidráulicas, son mayores que las de las centrífugas con mando eléctrico directo.

3. Han perdido terreno en favor de las centrífugas con mando eléctrico.

3) Centrífugas De Mando EléctricoEstas máquinas se manejan con un motor eléctrico vertical, cuyo eje es continuación del eje de la centrífuga. El mando de la máquina se efectúa por medio de un embrague de fricción consistente en dos zapatas de material flexible provistas de dos balatas de fricción y convenientemente cargado. Las zapatas están fijas al eje del motor y giran dentro de un tambor que a su vez está fijo al eje de la centrífuga, resbalan al principio, arrastrando la centrífuga que gira más y más rápidamente y al fin de determinado tiempo las zapatas se adhieren completamente. La rapidez de aceleración puede modificarse considerablemente, modificando el peso de carga de las zapatas o cambiando el grueso de la banda flexible de que están hechas.

Ventajas:

1. Cada máquina centrífuga es independiente, es decir, forma una unidad separada.

2. Por esta ventaja se economizan correas y tuberías. 3. Si algún motor se descompone, sólo se para una máquina y ésta es una

ventaja contra la pérdida de tiempo. 4. El motor individual es el arreglo que permite las más altas capacidades, la

mejor calidad del azúcar y el uso más completo del equipo. 5. Necesidades de mano de obra son mínimas. 6. La conservación es simple; las descomposturas, las paradas y las

reparaciones de los motores, son raras.

Desventajas:

1. Este tipo de centrífugas son bastante caras. 2. Su motor disminuye el factor potencia.

1) Centrífugas BachesLas partes más importantes de este tipo de centrífugas son:1- Canasto: también llamado "drum". La porción cilíndrica esta perforada con hoyos de 1/8" – ¼" .La parte superior tiene un labio sólido el cual fija el espesor de la masa, normalmente oscila entre 7 y 10 pulgadas. La parte inferior es sólida con hoyos para descargar el azúcar, este hoyo puede tener una válvula para cierre durante el ciclo.2- Tumbador: es un mecanismo de descarga que actúa neumáticamente que posee una cuchilla que raspa el azúcar en el canasto.3- Eje: el canasto se une al eje central en el fondo. El eje conecta el canasto con el motor.4- Bearing: Toda la parte rotativa esta soportada sobre los bearings.

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5- Switch6- Envolvente7- Cedazos

Ventajas:

1. Ofrece un buen lavado de la masa cocida. 2. No ofrece rotura de cristales. 3. Produce azúcar de baja humedad. 4. Bajo consumo de energía.

Desventajas:

1. Requerimientos de mantenimiento considerables. 2. Costo de operación y capital altos.

2) Centrífugas Continuas:Este tipo de centrífuga gira a velocidad constante, por tal razón usa menos controles. Esto hace que el costo de mantenimiento sea menor. El canasto es cónico con ángulos entre 30 y 34 grados. Este ángulo permite al cristal de azúcar subir y ser descargado en la parte superior del canasto debido a la fuerza centrífuga. La alimentación debe colocar el flujo de masa en el centro del canasto y producir una capa uniforme en la parte inferior del canasto.Los cedazos son similares a los de las centrífugas bache pero tienen las siguientes diferencias:

El cedazo debe estar fijo al canasto. El tamaño de los hoyos es diferente. El cedazo continuo sufre desgaste producido por el azúcar y debe ser cambiado

periódicamente.

Debido a que el azúcar sube a través del screen, los cristales se rompen produciendo cristales de diferentes tamaños. Ventajas:

1. Bajo requerimiento de personal para su manejo. 2. Poca necesidad de mantenimiento. 3. Bajo costo de capital y operacional.

Desventajas:

1. Alto consumo de energía eléctrica. 2. Pobre lavado de masa cocida. 3. Alta rotura de cristales.

Dependiendo de sí la centrífuga o su parte giratoria tenga una pared sólida, una pared perforada o una combinación de ambas, estas se clasifican en:

1. Tipo botella 2. Tubulares 3. Tipo disco

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4. Tipo vacuum

1) Centrífuga Tipo Botella:Es un separador tipo lote, el cual es usado primordialmente para investigaciones, pruebas o controles. La separación toma lugar en un tubo de ensayo o en un envase tipo botella, el cual es simétricamente montado en una vara vertical. La vara de una centrífuga de este tipo esta usualmente dirigida por un motor eléctrico, turbo-gas, o por un mecanismo de tren dirigido manualmente localizado encima o debajo del rotor. En la mayoría de los casos, las botellas son sostenidas por envases de metal bastante fuertes, de tal modo que su eje sea perpendicular al eje de rotación, y algunas centrífugas tipo botella, los tubos de ensayo o botellas están inclinadas a un ángulo de 37° al eje de rotación, a fin de reducir la distancia a la que el material debe ser colocado.Este tipo de centrífugas es un equipo estándar para la mayoría de los laboratorios biológicos, químicos o médicos. Son usados para separar materialessólidos en suspensión o para clarificar líquidos cuando las precipitaciones no suceden en un tiempo razonable en el campo gravitatorio.

P2) Centrífugas Tubulares:Las centrífugas tubulares son usadas mayormente para la separación continua de líquidos de otros líquidos o de partículas muy finas de líquidos. En general, son usadas cuando se requieren altos requerimientos de centrifugación. El tazón rotatorio de una centrífuga tubular consiste en un largo tubo hueco.Para separación continua, el material a centrifugar es introducido en el extremo cerca del eje. En muchos casos la separación no es completa y se debe pasar el material varias veces a la máquina. Estas centrífugas son movidas por un motor de alta velocidad o una turbina de aire o vapor. La sedimentación toma lugar como un fluido que fluye desde un extremo del tubo al otro. Cuando el material consiste en pequeñas partículas o moléculas y la concentración es muy baja, el material sólido es usualmente dejado depositarse en la pared. En este caso, la maquina es operada como una centrífuga por lote.Las centrífugas tubulares se usan en un sinnúmero de aplicaciones, tales como: purificación de vacunas ( vacunas no centrifugadas contienen gran cantidad de materiales no esenciales y dañinos; purificación de aceites de lubricación e industriales; clarificación y purificación de productos alimenticios tales como aceites esenciales, extractos y jugos de fruta; separación de líquidos inmiscibles que no pueden ser separados por gravedad.

3) Centrífugas Tipo Disco:Consiste en una pila de discos delgados en forma de conos. La sedimentación toma lugar en dirección radial en el espacio entre los conos adyacentes. La centrífuga tipo disco usualmente opera en forma continua. Estas centrífugas son usadas para separación de líquidos en los cuales el sólido o componentes inmiscibles que están en bajas concentraciones. Son usadas para la purificación de aceites combustibles, para el aprovechamiento de aceites usados de motores, y para refinación de aceites vegetales.

4) Centrífugas Tipo Canasta:Estas centrífugas son llamadas a menudo "centrífugas filtro o clarificadores". Tienen

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una pared perforada y un rotor tubular cilíndrico. En la mayoría de los casos para pared externa la centrífuga consiste en una fina malla metálica o una serie de mallas soportadas por una pesada malla gruesa, la cual a su vez es soportada por un plato.El líquido pasa a través de la malla, y las partículas muy largas se depositan en esta. Estas centrífugas son empleadas en la manufactura de caña de azúcar, en el secado de ropa en lavadoras caseras y en el lavado y secado de diferentes tipos de cristales y materiales fibrosos.

5) Centrífugas tipo vacuum:En estas centrífugas, el rotor gira en aire o algún otro gas a presión atmosférica. La fricción gaseosa en el rotor giratorio aumenta a un promedio relativamente alto, tal así que la energía requerida por el motor aumenta también. Esto da como resultado que la temperatura del rotor aumenta drásticamente, algunas veces excediendo el punto de ebullición del agua. Estas centrífugas pueden ser usadas para la determinación de pesos moleculares de prácticamente todas las sustancias en solución. En centrífugas modernas, los conductores de aire han sido reemplazados por conductores con motores eléctricos más eficientes. Las centrífugas tipo vacuum son utilizadas para purificar muchos materiales biológicos que no pueden ser fácilmente separados por otros métodos.

¿Bajo qué condiciones es recomendable una centrífuga?o Al cerrar la tapa de seguridad el motor se pone automáticamente

en marcha impulsando la canasta.

o Al llegar a la velocidad de operación se vierte por el tubo de alimentación el producto del reactor.

o La centrífuga separara los sólidos (quedándose en la canasta) de las aguas madres (los cuales salen por un tubo inferior).

o Por el tubo de lavado, el producto sólido, puede ser lavado en la misma centrífuga.

o Automáticamente el motor se detiene al tiempo deseado.

o La Centrifuga frena automáticamente en el tiempo programado.

o Por seguridad el mecanismo se detiene cuando el operario abre la tapa.

o Esto no permite que el motor operé mientras la misma este abierta, para evitar que el operario introduzca objetos o las manos en la canasta cuando este girando.

o La descarga de los sólidos se realiza fácilmente gracias a una bolsa que se pone en la canasta.

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o Estos ciclos pueden operarse las 24 horas al día.

Mencione las aplicaciones más importantes de las centrifugas en la industria.

Una aplicación típica consiste en acelerar el proceso de sedimentación, dividiendo el plasma y el suero en un proceso de análisis de laboratorio.

También se utiliza para determinar el grupo sanguíneo mediante una toma de muestra capilar. En este caso la máquina utilizada se denomina microcentrífuga.

Otra aplicación de las centrífugas es la elaboración de aceite de oliva. En ella las aceitunas una vez molidas y batidas se introducen en una centrífuga horizontal en la que se separa el aceite que es la fracción menos pesada del resto de componentes de la aceituna; agua, hueso, pulpa etc.

Las centrifugadoras utilizan instrumentos llamados butirómetros para medir el grado de grasa o crema que contiene la leche, exiten diferentes tipos de butirometro para crema, manteca, etc...

APLICAIONES INDUSTRIALES

Dentro de las aplicaciones típicas que tienen las bombas centrifugas se incluyen:

- Líquidos de todas las viscosidades- Procesos químicos- Alimentos- Lubricación a presión- Pintura a presión- Sistemas de enfriamiento- Servicio de quemadores de aceite- Manejos de grasa- Gases licuados (propano, butano, amonio, freon, etc.)- Entre otros

Además:

Química: filtración de azufre fundido, silicato sódico, ácido cítrico, resinas y fibras sintéticas, plásticos.

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Farmacéutica: producción de vitaminas y antibióticos.

Alimentaría: filtración de glucosa, fructosa y azúcares, jugos de frutas, cerveza, vinos.

BIBLIOGRAFÍA

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