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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