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INSTITUTO TECNOLÓGICO DE ZACATECAS
DEPARTAMENTO DE METAL-MECANICA
INGENIERÍA EN MATERIALES
Nombre de la Materia:
PROCESOS DE FABRICACIÓN DE METALES FERROSOS
Nombre del Alumno:
ANA KARINA GARZA ESPINOSA
Título del Trabajo:
1.3. PRINCIPIOS TEÓRICOS DEL SECADO Y EQUIPO INDUSTRIAL
Docente:
ING. OMAR ROCHA ECHAVARRIA
Fecha de entrega:
18 DE FEBRERO DEL 20100
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ÍNDICE
Antecedentes 2
Introducción 3
Principios Teóricos del Secado y Equipo Industrial 4
Tipos de Filtros 6
Filtro prensa 7
Filtro de hojas 8
Filtros rotativos a vacío 9
Filtro de banda 10
Filtro Nutscha 11
Filtros centrífugos 11
Conclusiones 14
Bibliografía y fuentes web 15
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ANTECEDENTES
En esta etapa el mineral grueso (+3/8" y 1 ¾") proveniente de la tolva de compensación de
2000 toneladas es ingresado a los secadores rotativos a través de alimentadores de bandas
(Feeder) y cintas transportadoras.
El mineral que ingresa a los secadores rota por medio de aletas internas a medida que se
desplaza a lo largo del mismo (la temperatura de entrada es de aproximadamente 600 – 800
ºC y el de salida es de 80 – 100 °C); la capacidad de los secadores actualmente es de 600-
800 tn/h, con un diámetro aproximado de 3 metros y de longitud 30.5 metros, el tiempo de
recorrido del mineral dentro de ellos es de 20 minutos, esto con la finalidad de eliminar el
porcentaje de humedad que varía de 6 a11% la cual impide la separación de las partículas
finas adheridas a el mineral grueso al momento del cernido y este es reducido a un 0.3%
aproximadamente, luego es enviado por medio de cintas transportadoras hasta la estación
de cernido grueso o seco.
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INTRODUCCION
El secado es una operación que consiste en calentar los minerales y concentrados a una
temperatura que permita eliminar el agua que acompaña a los materiales en forma de
humedad o sea el agua atrapada entre las partículas por efecto de capilaridad o por
absorción.
Esta operación no se practicaba durante mucho tiempo a las materias primas en metalurgia, sino que se introducían en los hornos en forma húmeda y el secado se efectuaba dentro del mismo horno de procesamiento, lo cual ocasionaba un consumo extra de combustible.
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1.3. PRINCIPIOS TEORICOS DEL SECADO
Y EQUIPO INDUSTRIAL
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Como resultado de la crisis de energía se prefiere realizar el secado en un horno empleando
combustible de baja calidad y gases de desecho calientes, ahorrando así combustible de
mejor calidad en los hornos de procesamiento. Considerando el secado teóricamente se
analiza la reacción:
H2O (L) = H2O (g) H° = 10.5 kcal
Kp = PH2O
Para esta reacción se puede calcular, a una temperatura determinada, el valor de su
constante de equilibrio Kp, y de esta manera obtenemos la presión de vapor de equilibrio
del ahua PH2O, sobre el material.
Se debe tomar en cuenta que la atmósfera del horno tiene su humedad expresada con P’H2O.
Para que el proceso de secado se lleva a cabo es necesario que exista la relación PH2O >
P’H2O.
En caso contrario, aunque se tenga elevada temperatura, el material se humedecería debido
a la mayor humedad de la atmósfera. En la práctica, esto se evita aumentando la
temperatura para aumentar PH2O y provocar el flujo de los gases de la atmósfera del horno
para disminuir su humedad, expresada por P’H2O.
Debido a que este proceso es superficial en la práctica se puede aumentar su capacidad
incrementando la superficie del secado.
En la concentración de minerales se obtienen, en ocasiones, fangos con partículas muy
finas que contienen una gran cantidad de agua, que interesa eliminar.
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Un sistema muy utilizado para eliminar el agua es la filtración continua por el vacío. Los
filtros usados en metalurgia se componen de un tambor filtrante, dividido en varias células
independientes, que gira en un gran depósito a donde se envía el líquido con las partículas a
secar.
Una parte de la superficie cilíndrica exterior metálica de este tambor está perforada muy
finamente y recubierta de una tela que deja pasar a través de ella el agua y no al mineral. En
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una parte del interior del tambor se hace una fuerte aspiración que arrastra al agua hacia la
zona central
Durante la operación, el tambor gira y en cada célula se aspira el agua hacia el interior,
quedando adheridas fuertemente a la tela filtrante sólo las partículas sólidas.
Luego, en su giro, al salir del líquido, llegan las concentrados en forma de fango adheridos
a la tela a una zona donde son rociados con agua y se separan ciertas sustancias arcillosas,
que se separan sin dificultad.
En la última parte del giro, el material depositado sobre la tela deja los sectores donde actúa
el vacío y entra en otros sectores donde, en el interior del tambor, se produce una ligera
presión de aire que desprende las materias minerales que hay sobre la tela, que se depositan
desprovistas ya de gran parte de su humedad en una cinta transportadora.
En ocasiones, para mejorar este secado, se conducen las partículas de mineral a hornos
rotatorios circulares (parecidos a los de cemento), donde, con un simple calentamiento a
200 o 300°, se elimina completamente la humedad que contienen.
Tipos de Filtros
Ante todo lo que va a decidir la elección del filtro es el factor económico. Normalmente el
precio del equipo está directamente relacionado con el área filtrante.
Existen numerosos tipos de filtros dependiendo de aplicación a que estén destinados, y
como se ha visto anteriormente, su clasificación se puede realizar atendiendo a diferentes
criterios, aunque lo más frecuente es su caracterización en función de la fuerza motriz.
Los factores principales a considerar a la hora de elegir un tipo de filtro frente a otro son: la
resistencia específica de la torta, la cantidad a filtrar y la concentración de sólidos.
Otra de las características del filtro a tener en cuenta es la facilidad de descarga de la torta.
Ante todo lo que va a decidir la elección del filtro es el factor económico. Normalmente el
precio del equipo está directamente relacionado con el área filtrante.
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La mayor parte de filtros empleados en la industria química son filtros de torta y dentro de
éstos su clasificación suele hacerse en función de la fuerza impulsora (presión, vacío o
centrífuga).
Si se debe seleccionar entre un filtro de presión o uno de vacío se deben conocer las
ventajas e inconvenientes que presentan cada uno de ellos.
Los filtros de presión permiten la obtención de tortas con un menor contenido de humedad
y los filtros de vacío, aunque permiten un funcionamiento en continuo, el consumo de
energía es mayor debido al sistema de vacío y existe una limitación en la diferencia de
presión aplicable (ya que la presión máxima no puede sobrepasar el valor de 1 atm).
Filtro prensa
Es uno de los filtros más usados debido a su gran versatilidad, tanto en relación a la amplia
gama de materiales y como las diversas condiciones de operación que se pueden aplicar,
además de su bajo coste de mantenimiento.
Se emplea en los casos en que la resistencia específica de la torta es elevada y siempre que
la cantidad de sólidos no sea tan elevada que obligue a desmontar frecuentemente la prensa
que provocaría desgastes excesivos en las telas.
Sin embargo, no está recomendado su uso para tratar grandes cantidades. Consisten en una
serie de elementos cuadrados o rectangulares, que pueden ser placas y marcos alternados o
cámaras, entre los que se coloca la tela filtrante.
De esta forma, se distinguen dos tipos de filtros prensa: la prensa de placas y marcos y la
prensa de cámaras.
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La diferencia entre ambas radica en que la segunda prescinde de los marcos y que el canal
de alimentación se encuentra en el centro de cada una de las placas en vez de en una de las
esquinas como ocurre en la prensa de placas y marcos.
Filtro de hojas
Se operan de manera discontinua o por cargas. Consisten en una serie de elementos
filtrantes planos, denominados hojas, que se encuentran en el interior de una carcasa
presurizada. Como características fundamentales cuenta con una mayor uniformidad y
mejor separación de la torta, una mayor facilidad de lavado y de instalación de la tela.
Aunque inicialmente diseñado para trabajar a vacío, los tipos posteriormente desarrollados
operan a presión pudiendo aplicar presiones superiores a las que son posibles en el filtro
prensa.
Se emplea preferentemente en caso de que se requiera un lavado eficaz de la torta. Las
hojas pueden tener diferentes formas (rectangulares o circulares) y las carcasas pueden estar
dispuestas horizontal o verticalmente.
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Filtros rotativos a vacío
Son muy empleados debido a que trabajan en continuo y a su bajo coste de operación
motivado por su funcionamiento automático. Se emplea para materiales de filtración poco
complicados. Posee una gran capacidad en relación a su tamaño. Dentro de los filtros
rotativos se tienen dos tipos:
De tambor rotativo: Consiste en un cilindro dispuesto horizontalmente, cuya superficie
exterior está formada por una plancha perforada sobre la que se fija la tela filtrante. El
cilindro está dividido en una serie de sectores que se encuentran conectados a través de una
válvula rotativa.
El tambor está parcialmente sumergido en una cuba a que se alimenta la suspensión a filtrar
y se aplica vacío en los sectores sumergidos. De esta manera se forma una torta del espesor
deseado ajustando la velocidad de rotación del tambor. Para retirar la torta del tambor se
pueden seguir varios procedimientos.
Lo más frecuente es emplear una cuchilla fija o rasqueta para descargar la torta, pero si
resulta difícil de desprender también se puede realizar dicha operación por medio de una
cuerda o de un rodillo.
De pre-recubrimiento: Se emplea cuando el material forma una torta de elevada
resistencia. En primer lugar se provoca la formación de una gruesa capa de un material de
muy fácil filtración sobre el medio filtrante para luego que se produzca la filtración a través
de esta capa. Así la torta formada es muy delgada y se retira junto con una fina capa del
material de recubrimiento.
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De discos: Consiste en un cierto número de hojas filtrantes circulares montadas sobre un
eje horizontal. Su funcionamiento es similar al filtro de tambor, sin embargo proporciona
un lavado peor de la torta y su descarga es más difícil. Como ventaja frente al filtro de
tambor se tiene que ofrece un área de filtración mucho mayor en el mismo espacio.
Filtro de banda
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Presenta una gran flexibilidad de aplicación y alta capacidad. Permite la filtración en
continuo. Consiste en una especie de cinta transportadora donde la cinta se ha sustituido por
una banda o tela permeable.
La suspensión se alimenta por la parte superior y en un extremo de la cinta, mientras que
por la parte inferior de ésta se hace el vacío y se recoge el filtrado. Se van a ajustar la
velocidad de la cinta y la distancia a la que se aplica la suspensión para producir una torta
del espesor adecuado. La torta se desprende al final de la cinta.
Filtro Nutscha
Existen dos variantes a presión y a vacío.
A vacío: Son filtros de pequeña capacidad pero de una gran simplicidad constructiva.
Consisten en un recipiente donde la alimentación se realiza por la parte superior y en la
zona inferior se dispone el sistema de vacío. Entre ambas zonas se halla el medio filtrante.
A presión: Se tienen dos tipos, uno de descarga manual y otro de descarga automática. El
primero es similar al filtro de vacío mientras que el segundo está dotado de un agitador que
permite el mantenimiento de la suspensión durante el filtrado y la mejora de la eficacia por
eliminación de la humedad residual de la torta. Sin embargo este equipo presenta un precio
bastante elevado debido a la complejidad del sistema.
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Filtros centrífugos
Ofrecen ciertas ventajas frente a los filtros anteriores como la posibilidad de obtener bajas
humedades residuales en los sólidos y la gran capacidad de tratamiento, mientras que, por
otra parte, los principales inconvenientes son el elevado coste y el trabajar a altas
velocidades, que ocasiona problemas de desgaste. Es frecuente expresar la fuerza centrífuga
aplicada en términos de las veces que la aceleración centrífuga supera a la de la gravedad.
Así se encuentran valores que pueden oscilar desde las 500 hasta las 50.000g. Entre los
filtros centrífugos destacan:
Centrífuga de cesta: Es la más sencilla y universal. Consiste en una cesta, vertical u
horizontal, sobre la que se coloca el elemento filtrante. Como problema presenta la
descarga de sólidos, que se debe realizar manualmente y supone una operación bastante
lenta. Giran a velocidades comprendidas entre 600 y 1800 rpm.
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Centrífuga de tornillo helicoidal: Tiene forma tronco-cónica y la alimentación debe ser
una suspensión bastante concentrada. Las posibilidades de lavado son bastantes escasas.
Alcanza aceleraciones entre 1500 y 2500g.
Centrífuga rascadora o 'peeler': Es una máquina de funcionamiento discontinuo mientras
que la descarga de la torta se realiza de manera automática por acción de un cuchillo
rascador. Las velocidades alcanzadas son bajas (de 500 a 1600g). La capacidad de lavado
de la torta es muy buena.
Las variantes existentes de este equipo se distinguen en cuanto al tipo de rascador o a la
existencia o no de un sifón para dar salida al líquido.
Centrífuga de empuje: Tiene funcionamiento continuo. Consiste en una cesta de eje
horizontal dotada de un falso fondo constituido por un pistón que se desplaza axial y
alternativamente, empujando la torta formada y desplazándola parcialmente fuera de la
cesta. La torta debe tener una cierta rigidez para que el mecanismo de empuje funcione
eficazmente.
Como ventaja notable destaca la posibilidad de obtención de la torta con humedades
residuales muy bajas. También existen modelos con dos o más cestas concéntricas que
giran solidariamente con un eje común.
La torta pasa de manera sucesiva de una cesta a otra, actuando la propia cesta interior como
empujadora de la exterior.
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CONCLUSIONES
El secado es una operación que consiste en calentar los minerales y concentrados a
una temperatura que permita eliminar el agua que acompaña a los materiales en
forma de humedad o sea el agua atrapada entre las partículas por efecto de
capilaridad o por absorción.
Un sistema muy utilizado para eliminar el agua es la filtración continua por el vacío.
Existen numerosos tipos de filtros dependiendo de aplicación a que estén destinados:
Filtro prensa
Filtro de hojas
Filtros rotativos a vacío
Filtro de banda
Filtro Nutscha
Filtros centrífugos
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BIBLIOGRAFIA Y FUENTES WEB
Metalurgia no Ferrosa. Szczygiel Jordens.Limusa
Fabricación de Hierro, Aceros y Fundiciones Tomo 1. J. Apraiz Barreiro. Urmo
http://www.diquima.upm.es/Investigacion/proyectos/chevic/catalogo/FILTROS/Tipo4.htm
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