OPERACIONES UNITARIAS I

Dr. Ing. Qco. Walter Gustavo Morales

Ingeniera Qumica 2014 FRRe - UTN

Unidad

Temtica 6

Descripcin de Slidos Divididos

UNIDAD 6: Descripcin de Slidos Divididos Caractersticas. Mtodo de medidas para el tamao de partculas. Tamices. Factores de forma. Esfericidad. Dimetro medio y distribucin. Superficie especfica. Superficie especfica promedio. Presentacin fsica de la fase slida dividida: lecho estacionario, lecho fluidizado. Porosidad y sus relaciones. Dimetro de poro. ngulo de reposo. Propiedades de los cuerpos slidos: densidad y densidad aparente. Dureza. Tenacidad. Fragilidad. Planos cristalinos de rotura.

UNIDAD 6: Descripcin de Slidos Divididos 1) Analizar la importancia de los slidos finamente

dividido en la industria de procesos.

2) Conocer los principales mtodos utilizados en la medicin de tamaos y los lmites de aplicacin de cada uno de ellos.

3) Calcular los diferentes dimetros medios utilizados en las ecuaciones de diseo.

4) Estudiar el comportamiento de grandes masas de partculas, sus principales propiedades aplicables al almacenaje, transporte y dosificacin.

5) Calcular el volumen y la masa de lechos rellenos de equipos de procesos.

Ob

jetiv

os

Caracterizacin de partculas

slidas

Composicin

Tamao

Forma

Propiedades de los cuerpos

slidos La composicin define:

Densidad

Densidad relativa

Densidad aparente

Dureza

Fragilidad

Tenacidad

Caracterizacin de partculas

slidas

Dimetro de Feret

Forma de las partculas

Esfericidad s

s = rea de la superficie de la esfera del mismo volumen que la partcula

rea de la superficie de la partcula

pp

p

ssD

v6

Tamao de partcula

1. Tamizado (> 50 m)

Tamaos entre 3 y 0,0015 in

Anlisis por tamizado; serie de tamices estndar

Aberturas cuadradas

Se identifica por el N mallas, aberturas por unidad de longitud

Serie TYLER

U.S.

Tamao de partcula

Tamao de partcula

1. Tamizado (> 50 m)

Eficacia = Porcentaje de material que pasa en realidad

Porcentaje de material capaz de pasar

Tamao de partcula

2- Anlisis microscpico (1-100 m).

0,001 m

Tamao de partcula

3- Mtodos de sedimentacin y elutriacin (> 1 m).

- Mtodo de la pipeta

- Mtodo de la balanza

Fuerzas gravitacionales fuerzas centrfugas

0,05 m

Tamao de partcula

4- Contador Coulter (1-100 m)

5- Mtodos de la permeabilidad (> 1 m)

6- Mtodos de dispersin de la luz (0,5-50 m)

Tamao de partcula

Distribucin de los tamaos de

partcula

Distribucin de los tamaos de

partcula

Anlisis de tamaos

Nmero N de partculas en la muestra

rea de la superficie total de las partculas

Muestra de partculas uniformes de dimetro Dp

ppv

mN

pss

pD

mNsA

6

Anlisis de tamaos

Superficie especfica de una mezcla

Nmero de partculas en la mezcla

de una unidad de masa de partculas

n

i pi

i

ps

wD

xA

1

6

31

3

11

vp

n

i pi

i

p

wDaD

x

aN

El mtodo ms simple de expresar el tamao de partcula consiste tan slo en usar cierto dimetro medio como tpico de todas las partculas de muestra. Aun en este caso, aparecen dificultades, debido a que el ingeniero debe decidir en qu caracterstica debe ser tpico el dimetro. Por consiguiente, si la caracterstica importante es la masa de la partcula, el ingeniero debe seleccionar un dimetro medio de tal manera que una partcula de dimetro medio tenga una masa media. La partcula no tendr, salvo coincidencia, un rea superficial media, un rea proyectada media o un tamao lineal medio.

Tamao medio de partculas

Tamao medio de partculas

Tamaos medios basados en el volumen

dimetro medio de volumen dv

dimetro de volumen medio dv.

)(

)(

)(

)(3

11

4

11

3

111

4

111

dn

dn

dnk

dnkd

s

s

v

33

11

33

11

1`

)/(

1

)/(

dxdx

xdv

Tamao medio de partculas

Tamaos medios basados en la superficie

dimetro medio de superficie ds

dimetro de superficie medio ds

1

1

1

1

1 1

d

x

d

x

xd s

3

11

11

/

/

dx

dxd s

Tamao medio de partculas

Dimensiones medias basadas en la

longitud

dimetro medio de la longitud dl

dimetro de longitud medio dl

2

1

1

1

1

11

2

11

11

111

1

d

x

d

x

dn

dn

dn

ddnd

3

1

1

2

1

1

1

11

d

x

d

x

n

dnd l

Conjunto de partculas slidas

Fases de las masas de slidos como:

un lecho estacionario,

un lecho fluidizado

o una niebla

Importantes es su fraccin de volumen

vaco o porosidad

Cada de P

Conjunto de partculas slidas

Mtodo de empaque

Vertido en recipiente vaco

Vertido en recipiente con agua

Forma de partculas rugosidad

Mezcla de partculas finas y gruesas

Tamao de partcula y dimensiones del recipiente

Isomticas

Conjunto de partculas slidas

Conjunto de partculas slidas

Porosidad densidad global

Aglomeracin

Percolacin

Transporte de materiales

Conjunto de partculas slidas

Mecanismos de Aglomeracin

1) Entrelazado mecnico

2) Atraccin superficial

3) Soldadura plstica

4) Atraccin electrosttica

5) Efecto de la humedad

6) Fluctuaciones de temperatura

Conjunto de partculas slidas

Angulo de reposo

- Angulo dinmico de reposo o ngulo de derrame

- Angulo esttico de reposo

Angulo de deslizamiento

Angulo de friccin

Conjunto de partculas slidas

ngulo de friccin

Importante en el diseo de

tolvas y silos

Conjunto de partculas slidas

ngulo de friccin

tgd

L

t

c

Flujo de slidos en silos

Formacin de puentes, arcos

estables

Tubos o agujeros de rata

Ideal Flujo en masa, flujo de tapn

Mejores altos y estrechos que bajo y

gruesos

Base de seccin cnica largas

Conjunto de partculas slidas

Flujo de slidos a travs de orificios

Conjunto de partculas slidas

5,0

3

5,05,2

2

cos1

4

sengdG efs

Ecuacin de Janssen

Bibliografa

Coulson & Richardson, Volume 2 Chemical Engineering, Particle Technology and Separation Processes, Oxford, Butterworth Heinemann, Sixth Edition, 2002.

McCabe, Warren L., SMITH Julian C., HARRIOT, Peter. Operaciones Unitarias en Ingeniera Qumica. Sptima Edicin, Mxico, Editorial Mc Graw Hill, 2007.

Foust Alan S., Wenzel, Clump, Maus, Andersen, Principios de Operaciones Unitarias, Mxico, CECSA (Compaa Editorial Continental), 2da edicin, 10ma re impresin, 2006.