Tamizado, humidificación y secado

1. OPERACIONES
UNITARIAS
Presentado por: Catalina Camelo
John Pineda

2. MARCO NORMATIVO
DEFINICIÓN
Se llama operación unitaria a cualquier proceso físico de transformación
donde puede existir un intercambio de energía del tipo físico, de una
materia prima en otro producto de características diferentes.
Se entiende que los procesos de transformación en general y las
operaciones unitarias, en lo particular, tienen como objetivo el modificar las
condiciones de una determinada cantidad de materia en forma más útil a
nuestros fines.

3. TAMIZADO

4. MARCO NORMATIVO
DEFINICIÓN
El tamizado o cribado es un método físico para separar dos o más
sólidos formados por partículas de tamaño diferente. Consiste en
pasar una mezcla de partículas de diferentes tamaños por un
tamiz, criba o herramienta de colador (en función del uso podrán
ser metálicos, vegetales -tejidos- o de nailon). Las partículas de
menor tamaño atraviesan el filtro por los poros, y las de mayor
tamaño quedan retenidas.

5. BALANCE DE MATERIA EN UN TAMIZ
Sean F, D y B las velocidades de flujo másico de la alimentación y xF, xD, xB la fracción másica del material cernido en las
tres corrientes y las de menor tamaño en la alimentación, cernido y rechazo son 1- xF ,1- xD y 1- xB.
El material A contenido en la alimentación debe salir en estas dos corrientes
Eliminando B de las ecuaciones se obtiene
Eliminando D resulta

6. EFICIENCIA DE UN TAMIZ
La eficiencia de una tamiz es la medida del éxito en conseguir una separación exacta de los materiales. Si el tamiz
funciona perfectamente, todo el material de mayor tamaño estaría en el sobreflujo y todo el material de menos
tamaño estaría cernido. Estas cantidades son Dxf y Fxf, respectivamente.
Donde EA es la eficiencia del matiz basada en el tamaño mayor. De manera análoga, una eficiencia EB basada en el
material de menor tamaño viene dada por

7. APLICACIONES EN LA INDUSTRIA
Industria alimenticia Tratamiento de aguas residuales Cerámicas
Industria farmacéutica Industria de pinturas

8. EQUIPOS DE TAMIZADO
Tamices y parrillas estacionarias: Una parrilla es un
enrejado de barras metálicas paralelas dispuestas de
forma inclinada en un marco estacionario. La
pendiente y el camino que sigue el material por lo
general son paralelos a la longitud de las barras. La
alimentación de partículas muy gruesas, como las
procedentes de un triturador primario, se dejan caer
sobre el extremo más elevado de la parrilla. Los
trozos grandes ruedan y se deslizan hacia el extremo
de la descarga; los trozos pequeños pasan a través de
la parrilla y se recogen en un colector. La separación
entre las barras es de 2 a 8 in. (50 a 200 mm). Sólo
resultan efectivos cuando operan con sólidos muy
gruesos que fluyen libremente y contienen poca
cantidad de partículas finas.

9. EQUIPOS DE TAMIZADO
Tamices Fijos: Se construyen con placas metálicas
perforadas, así como también con tejidos metálicos
que suelen disponerse en ángulo hasta de 600
sexagesimales con la horizontal. Estos tamices se
usan en las operaciones intermitentes de pequeña
escala, tales como el cribado de la arena, grava o
carbón, para lo cual se proyecta el material sobre el
tamiz. Cuando hay que tratar un elevado tonelaje, las
cribas fijas se reemplazan por las vibratorias.

10. EQUIPOS DE TAMIZADO
Tamices Giratorios: Dos tamices, uno sobre el otro,
están sostenidos en una carcasa inclinada en un
ángulo comprendido entre 16 y 30° con la horizontal.
La mezcla se alimenta en el tamiz superior cerca de
su punto más alto. La carcasa y los tamices giran en
un plano vertical alrededor de un eje horizontal por
una excéntrica que está situada a la mitad entre el
punto de alimentación y la descarga. La velocidad de
rotación está comprendida entre 600 y 1 800 rpm.
Los tamices son rectangulares y bastante largos. Las
partículas muy grandes caen dentro de ductos
recolectores colocados en los extremos inferiores de
los tamices; los finos pasan a través del fondo del
tamiz hacia una tolva de descarga.

11. EQUIPOS DE TAMIZADO
Tamices Vibratorios: Los tamices que vibran con
rapidez y pequeña amplitud se obstruyen con menos
facilidad que los tamices giratorios. Las vibraciones se
generan de forma mecánica o eléctrica. Las
vibraciones mecánicas por lo general se transmiten
desde excéntricos de alta velocidad hasta la carcasa
de la unidad y de ésta hasta los tamices inclinados.
Las vibraciones eléctricas generadas por grandes
solenoides de servicio pesado se transmiten a la
carcasa o directamente a los tamices. Casi nunca se
utilizan más de tres tamices en los sistemas
vibratorios. Son comunes las vibraciones
comprendidas entre 1 800 y 3 600 por minuto. Un
tamiz de 48 por 120 in. (1.2 a 3 m) requiere alrededor
de 4 hp (3 kW).

12. EQUIPOS DE TAMIZADO
Tamices Oscilantes: Se caracterizan por una velocidad
relativamente pequeña (300 a 400 oscilaciones por
minuto) en un plano esencialmente paralelo al del
tamiz. La criba lleva un tamiz que se mueve en un
vaivén mediante una excéntrica y otro mecanismo
enlazado al único soporte del tamiz, que suele ser
una barra vertical que sostiene a la caja del mismo.
Constituye el tipo más barato de tamiz que ofrecen
los constructores, y se aplica para trabajos
intermitentes o discontinuos. El cernidor está
formado por una caja que lleva un cierto número de
telas tamizantes dispuestas unas sobre otras, que
reciben un movimiento oscilante por una excéntrica o
contrapeso que describe una órbita casi circular.

13. EQUIPOS DE TAMIZADO
Tamices de Vaivén: Se propulsan mediante una
excéntrica montada en el lado de la alimentación. El
movimiento varía desde el giratorio de casi 50 mm de
diámetro, en el extremo de alimentación, hasta 1 de
vaivén en el extremo o de descarga. Estos tamices
suelen tener una inclinación de unos 5 0
sexagesimales, dando al tamiz un movimiento
perpendicular a las del tamizado, de casi 2,5 mm.
Bajo la superficie activa del tamiz y mediante las
bolas de caucho localizadas en determinadas zonas
se consigue, además, otra vibración. Este equipo está
muy generalizado se usa mucho para el tamizado de
productos químicos secos hasta el tamaño
correspondiente a casi 30 mallas.

14. EQUIPOS DE TAMIZADO
Tamices de Tornillo: Son equipos donde el material
ingresa en un tornillo sin fin, reteniendo la parte
solida del fluido, estos tamices son de gran utilidad
cuando se desea retener una sola fase separando
tanto la fase sólida como liquida.

15. EQUIPOS DE TAMIZADO
Tamices de Escalera: Este tipo de tamiz consiste en
un equipo donde una seria de escalones de forma
estacionaria y móvil se va alternando entre sí, donde
el fluido va pasando y los escalones se elevan
reteniendo la parte sólida; en la cima se descarga por
medio de la gravedad hacia un transportador o un
almacenamiento

16. EQUIPOS DE TAMIZADO
Tamizado de fondos en medios líquidos: Equipo de
filtrado de sólidos JENAG específicamente diseñado
para proceder a la separación de sólidos en medios
líquidos. Tamizado desde 80 micras a 2 milímetros
con producciones de 0 a 12.000 l/hora. Sistema de
limpieza del tamiz de forma automática, así como la
extracción del producto sólido sobrante.

17. SECADO

18. MARCO NORMATIVO
DEFINICIÓN
El secado de sólidos consiste en separar pequeñas cantidades de agua u otro líquido de un sólido con el fin de reducir el contenido
líquido. El secado es habitualmente la etapa final de una serie de operaciones y con frecuencia, el producto que se extrae de un
secador para empaquetado.

19. TRANSFERENCIA DE CALOR EN SECADORES
Cálculo del consumo del secador: si 𝑚s es la masa de sólidos totalmente secos que se van a secar por unidad de
tiempo, y Xa y Xb son los contenidos inicial y final de líquido, entonces la cantidad de calor transferido por unidad de
masa de sólido qT / 𝑚s es
Donde
Tsa= temperatura de alimentación
Tv = temperatura de vaporización
Tsb = temperatura final de los sólidos.
Tv a= temperatura final del vapor
𝜆= calor latente de vaporización
cps, cpL, cpv = calores específicos del sólido, líquido y vapor, respectivamente.

20. UNIDADES DE TRANSFERENCIA DE CALOR
El número de unidades de transferencia de calor viene dador por:
Cuando el contenido inicial del líquido de los sólidos es elevado y la mayor parte de calor transferido se utiliza en la
vaporización. Δ𝑇 se considera la diferencia logarítmica entre las temperaturas
Para el sistema de aire-agua Twb = Twa la ecuación se transforma

21. APLICACIONES EN LA INDUSTRIA
Sector industrial Proceso Trabajo (ºC) Tipo de secadero Consumo
(kWh/kg)
Papelero Fabricación de pasta,
concentrado y papel
100 -130 Conducción, convección, radiación y
evaporadores
8,1 - 13,9
Alimentaria Preparación de azúcar,
leche, cereales, forrajes, etc.
60 -900 Convección, evaporadores, atomizadores,
cristalizadores, hornos rotativos
2,3 - 17,4
Textil Secado de tejidos 80 -140 Continuos o intermitentes por convección
forzada o conducción
13,9 - 40,6
Química Múltiples procesos 60 -130 Gran variedad Muy
variable
Cemento Cocción 100 - 450 Hornos de cocción con secciones de
secado por convección directa
11,6 - 13,9
Materiales de
construcción
Cerámica y refractarios 80 - 120 Varios 10,4 - 13,9
Electrometalurgia Fabricación de alúmina,
electrodos para hornos de
arco, ferroaleaciones, etc.
75 - 1000 Varios 2,3 - 10,4
Minería Operaciones extractivas y de
preparación del mineral
≈ 100 Varios 10,4 - 11,6

22. MARCO NORMATIVO
EQUIPOS DEL SECADO
Los secadores con tambor rotativo suministran aire
seco y exento de aceite de manera rentable. Son
ideales para las industrias alimentaria y de bebidas,
de generación de energía, farmacéutica y otros
procesos de gran importancia.

23. MARCO NORMATIVO
EQUIPOS DEL SECADO
Secaderos tipo flash: es un equipo que permite secar
un sólido húmedo en una columna vertical que
contiene una corriente de aire caliente a alta
velocidad. Los materiales a procesar en un secador
flash deben ser disgregables para un mayor contacto
"aire-partícula" que facilite el secado en el corto
tiempo de residencia. La corriente gaseosa y los
sólidos ingresan a un sistema de separación ciclónica,
obteniéndose un producto seco en la descarga y un
aire de salida a la atmósfera libre de polvo.

24. MARCO NORMATIVO
EQUIPOS DEL SECADO
Armarios de secado: los armarios de secado funciona
para deshidratar o reducir la humedad del producto a
tratar

25. MARCO NORMATIVO
EQUIPOS DEL SECADO
Canales de secado

26. MARCO NORMATIVO
EQUIPOS DEL SECADO
Secaderos de bandejas El equipo es un secador de material
particulado dispuesto en 4 bandejas, el que permite
controlar la velocidad y la temperatura del flujo de aire, el
cual es impulsado por un termoventilador. Además se
cuenta con una balanza digital que permite registrar en el
tiempo la masa del sólido, y por lo tanto la pérdida
de humedad.

27. MARCO NORMATIVO
EQUIPOS DEL SECADO
Secaderos de lecho fluidizado: Los materiales
procesados en un secador o enfriador de lecho
fluidizado flotan sobre un colchón de aire o de gas. El
aire de proceso se suministra al lecho a través de una
placa distribuidora perforada y fluye a través del
lecho de sólidos a suficiente velocidad como para
soportar el peso de las partículas en estado
fluidizado. Hay formación de burbujas, que se
colapsan en el lecho fluidizado de materiales
promoviendo un intenso movimiento de partículas.
En este estado, los sólidos se comportan como un
líquido hirviendo de caudal libre.

28. MARCO NORMATIVO
EQUIPOS DEL SECADO
Secaderos de contacto: el producto se pone en
contacto con una superficie caliente. El solvente
evapora gracias a la transferencia de calor de la pared
al producto. Es el proceso de secado más indicado
para pastas, lodos o líquidos. También se recomienda
para secado en atmósfera inerte y cuando se quieren
recuperar disolventes. Característico del secado por
contacto es el bajo caudal de vahos, saturados de
solvente, y su elevada eficiencia energética. Su
desventaja es la relativamente elevada inversión
inicial, puesto que los secadores de contacto son,
generalmente, más complejos de manufactura.

29. MARCO NORMATIVO
EQUIPOS DEL SECADO
Secaderos de vacío: El secador de vacío utiliza un
proceso de varias etapas. En los secadores pequeños (de
hasta unas 100 lb./hr.) los gránulos de plástico están en
un recipiente sellado de acero inoxidable que gira entre
tres estaciones, que se mantienen en cada posición
durante aproximadamente 20 minutos. En la primera
estación, el recipiente está lleno de granulado y se
calienta para permitir la liberación molecular de
humedad. En la segunda estación, es repetidamente
sometido a un fuerte vacío, para eliminar la humedad.

30. MARCO NORMATIVO
EQUIPOS DEL SECADO
Secaderos dieléctricos: estos secadores operan bajo
el principio de calor dentro de los sólidos,
colocándolos dentro de un campo eléctrico de alta
frecuencia. El secado dieléctrico puede ser efectuado
a todas las frecuencias electromagnéticas superiores
o iguales al espectro de infrarrojos, este
calentamiento dieléctrico se realiza a frecuencias que
van de 300 Hz a diferencia del calentamiento
infrarrojo que va desde 300 MHz asta 300 GHz,
siendo sus principios básicos los mismos pero
equipos distintos.

31. HUMIDIFICACIÓN

32. MARCO NORMATIVO
DEFINICIÓN
La humidificación es una operación que consiste en aumentar la
cantidad de vapor presente en una corriente gaseosa; el vapor puede
aumentar pasando el gas a través de un líquido que se evapora en el gas.
Esta transferencia hacia el interior de la corriente gaseosa tiene lugar por
difusión y en la interface hay, simultáneamente, transferencia de calor y
de materia. A grandes rasgos, el proceso que tiene lugar en la operación
de humidificación es el siguiente:
• Una corriente de agua caliente se pone en contacto con una de aire
seco (o con bajo contenido en humedad), normalmente aire
atmosférico.
• Parte del agua se evapora, enfriándose así la interface.
• El seno del líquido cede entonces calor a la interface, y por lo tanto
se enfría.
• A su vez, el agua evaporada en la interface se transfiere al aire, por lo
que se humidifica.

33. ECUACIÓN
La humedad es la masa de vapor que acompaña a una unidad de masa de gas de libre de vapor. De acuerdo con
esta definición:
Donde MA y MB son los pesos de los componentes A y B. La humedad está relacionada con la fracción molar gaseosa por
medio de la ecuación.

34. ECUACIÓN
Gas saturado es un gas en el que el vapor está en equilibrio con el líquido a la temperatura del gas. La presión parcial
del vapor en un gas saturado es igual a la presión del líquido a la temperatura del gas.
El porcentaje de la humedad es la relación entre la humedad real H y la humedad de saturación Hs a la temperatura del
gas sobre una base porcentual

35. APLICACIONES EN LA INDUSTRIA
Industria vineras Industria de hongos Invernaderos
Enfriamiento de turbinas
Cámaras frigoríficas
Industria de los alimentos

36. EQUIPOS DE SECADO
Humidificadores centrifugos: Los humidificadores
centrífugos trabajan con un motor y un disco rompe gotas
que hace que el agua que pasa por el disco sea centrifugada
hacia el rompe gotas y pulverizada para lograr vapor de agua,
este sistema es uno de los más comunes y se utiliza en
espacios abiertos o para ductos.

37. EQUIPOS DE SECADO
Humidificadores de Electrodo: Estos equipos trabajan con
electricidad, con base a un cilindro que tiene electrodos
donde entra el agua y por medio de esta se genera una
resistencia, calentando el agua hasta el punto de ebullición y
generando vapor, estos equipos también pueden ser
utilizados para espacios abiertos y para instalación en ductos.

38. EQUIPOS DE SECADO
Humidificadores de Vapor Vivo: Estos equipos son utilizados
normalmente para aplicaciones donde cuenten con vapor
vivo, este humidificador se conforma por medio de una
trampa de vapor, una válvula que habré y cierra la inyección
de vapor, un distribuidor, entre otros componentes; estos
humidificadores son para instalarse en ductos de inyección
de aire.

39. EQUIPOS DE SECADO
Humidificadores por Atomización: Los humidificadores por
atomización son los que utilizan agua a presión o agua y aire
comprimido; normalmente se utilizan para espacios abiertos,
por ejemplo en la industria papelera, invernaderos, textil, etc.

40. FUNDAMENTOS DE LAS OPERACIONES
Tamizado Humidificación Secado
El equipo de tamizado se
fundamenta en una seria de mayas
de diferente tamaño de área entre
los cuadros dentro de las mayas.
Operación que se estudia considerando las
relaciones de equilibrio que se establecen
cuando el material a secar se pone en
contacto con el medio secante, y de las
relaciones que expresan cuantitativamente
la velocidad de transferencia del proceso.
Se fundamenta por la nivel de humedad.
El acondicionamiento de aire o
humidificación es la operación unitaria que
tiene como objetivo modificar las
condiciones de humedad y temperatura de
una corriente de aire, por interacción con
una corriente de agua. Se transfiere agua y
energía calorífica de una a otra corriente.

41. OPERACIONES UNITARIAS EN CONJUNTO