TAMIZADO Y TAMICES Introducción.-
EI objeto de la tamización o tamizado es separar las distintas fracciones que componen un sólido granular o pulverulento, por el dif erente tamaño de sus partículas, utilizando para ello los tamices. En principio, se puede considerar como tamiz toda superficie agujereada. Para que la operación pueda efectuarse es necesario que el sólido a tamizar y el tamiz encargado de ello se encuentren en movimiento relativo, para con ello dar oportunidad a las partículas del sólido a que coincidan con las aberturas del tamiz y que pasen a través de éstas las de menor tamaño.
Todo tamiz dará, pues, dos fracciones: f racciones: Una, la fracción gruesa (o de gruesos o el rechazo), y otra, la fracción fina, que se llama también los finos o el cernido. Cuando el producto a separar en fracciones f racciones de distinto tamaño de grano se quiere subdividir en x en x fracciones, serán precisos, evidentemente, ( x x 1) tamices. –
La tamización es operación de gran importancia en la industria química. Los productos cristalizados no salen, en general, al mercado más que después de haber sido tamizados, ya que del tamaño de los cristales dependen muchas de sus propiedades utilitarias; otros productos, como los cementos, han de responder para su utilización a un grado de finura determinado; en la fabricación de superfosfatos, el. desarrollo de la reacción entre el ácido sulfúrico y las fosforitas, y la temperatura alcanzada por la masa, dependen en gran medida de la finura de la fosforita; el poder cubriente de los pigmentos -una de sus principales características- es función del tamaño de grano del pigmento y de la gradación en que se encuentren los diferentes tamaños que lo componen. Incluso la cinética de las reacciones hetero- géneas depende del tamaño de grano -de la superficie- que presente la fase sólida; en general, se puede decir que las reacciones en que interviene, cuando menos, un sólido dependen: 1.º Del tamaño de las partículas del sólido. 2.° De la entropía del mismo. 3.° De la forma de las partículas. 4.° De la naturaleza de la superficie. 5.° De la estructura de esta superficie. El mayor o menor tamaño de un sólido no tiene por sí significación química alguna, sino por cuanto la superficie especifica (superficie correspondiente a la unidad de masa o de volumen del sólido) varía con el tamaño, aumentando enormemente al disminuir aquél. Se comprende que si la superficie que presenta un mismo peso de producto aumenta al disminuir el tamaño de grano, las reacciones de este producto en un sistema heterogéneo resultarán francamente favorecidas, pues toda reacción que pueda presentar con otra sustancia habrá de efectuarse precisa- mente en la superficie de separación de ambas sustancias. Sin embargo, el aumento de finura favorece la reactividad, solubilidad, etc., más de lo previsto en las palabras anteriores, ya que termodinámicamente puede demostrarse que al aumentar la superficie (disminuir el tamaño) de un producto sólido el contenido energético de la unidad de superficie de tal producto aumenta también. Esto explica por qué el calor molar de disolución del CINa es distinto según el tamaño de grano, y por qué la presión de descomposición de los óxidos, hidróxidos, oxalatos, carbonatos, etc., es función de su finura f inura l. De todas t odas maneras, conviene
hacer notar que la influencia del aumento de la energía superficial específica no es apreciable más que a muy altos grados de finura, para cuya caracterización no es posible utilizar el tamizado. En estos casos se emplea la observación microscópica (desde 0,1 µ a 10 µ ) o métodos fundados en los fenómenos f enómenos de adsorción (tamaños inferiores a 0,1 µ inclusive), o, en menor grado, la sedimentación o elutriación, válida para partículas de tamaño comprendido entre 100 y 5 µ (que es el intervalo en que mejor y más generalmente se cumple la ley de Stokes).
Tamices.-De
acuerdo con su función, se pueden clasificar los tamices en industriales y de laboratorio. Los tamices pueden estar constituidos por barras paralelamente dispuestas formando un plano sobre el que se desliza el material a tamizar, por chapas agujereadas, o por tejidos.
Los tres tipos se emplean con fines industriales; en cambio, en los trabajos de laboratorio, trabajos de tipo analítico, se utilizan casi con exclusividad exclusividad los tamices cuya superficie superficie tamizante la constituye un tejido. Los tejidos están constituidos constituidos por dos cIases de hilos: Los hilos de trama (a lo ancho del tejido) y los de urdimbre (a lo largo). La unión que al tejer se dé a la trama y a la urdimbre determina la clase de de tejido: liso, asargado, en cadeneta, de retor, doble, triple, etc. El material de que pueden confeccionarse los hilos es muy variado: metales de muchas clases, seda, nylon, crin, etc., según las características del producto que se tamiza. Así, para productos con cantos muy vivos y de gran dureza se emplean hilos de acero al manganeso; para productos húmedos, finos y corrosivos, se usan hilos de bronce fosforoso, de aceros austeníticos o de vidrio. La forma de los hilos puede también ser variada; pueden ser de sección circular, cuadrada, ovalada, rectangular. El grueso de los hilos puede ser igual o distinto en la trama y en la urdimbre; generalmente, cuando no son uniformes son mayores los hilos de trama. Los huecos que deja el tejido, y que, en conjunto constituirán la superficie de tamizado, pueden ser de forma distinta, según la clase de tejido. Las mallas cuadradas se aconsejan para tamizar productos de grano plano -escamas- o alargado. Las mallas alargadas-rectangulares, trapezoidales, etc.se suelen emplear para tamizar formas cúbicas; constituyen los tamices de mayor superficie útil. El caso límite lo constituye el tamiz compuesto por una serie de hilos paralelos, que en la práctica está representado por el tamiz de barrascitado al principio.
Con tamices de malla rectangular, y empleando relaciones distintas para los lados de la malla, p. ej., 1:0,5, 1:0,75, 1:1 (cuadrada), se puede determinar el grado de laminaridad de un producto. El producto que atraviesa la malla 1:0,5 se puede considerar como francamente laminar .
Caracterización de un tam iz. - En En la figura 11-1 está representado esquemáticamente un trozo de tejido tamizador de malla cuadrada, la más frecuente. Caracterizan a estos tejidos: el grueso del hilo, que supondremos circular, definido por su diámetro, d , y la luz de malla, L . El ancho de malla, m , es función de los otros dos parámetros; así, de acuerdo con la figura, se puede escribir que
m = L + d s ecuación que nos dice que para un mismo ancho de malla, la luz es tanto más pequeña cuanto mayor sea el grueso del hilo, d . La caracterización técnica de los tamices se ha efectuado según distintos criterios. Así: En un principio se caracterizaron por el número de mallas comprendidas en la unidad de longitud , en nuestro caso el centímetro es la unidad de longitud más usual. Es evidente que el número de mallas o número de tamiz será:
n = 1/m En otras ocasiones se designa el tamiz por el número de mallas por centímetro cuadrado (o por pulgada cuadrada), o sea, por
n 2 = 1 / m2 La designación más moderna, y de aceptación casi general en Europa, es la establecida por las normas DIN (alemanas), mediante la cual el tejido del tamiz se caracteriza por la luz de la malla o abertura, expresada en milímetros. o sea, por 10L . Estas normas fijan el diámetro de los hilos. Otro dato interesante en la caracterización de tamices es su superficie relativa útil expresada por el cociente entre la superficie que ocupan las luces y la superficie total. Su valor se suele llamar característica del tamiz, y será:
A la vista de esta fórmula se ve que que para calcular L o K es preciso conocer d . La norma DIN citada anteriormente (especificada con la cifra 1171), fija para d unos valores tales que, si m < 0,15 (tamices finos), K = 0,36 aprox .; si m > 0,15 (tamices gruesos), K = 0,50 aprox. Con los datos que anteceden es fácil poder caracterizar totalmente un tamiz determinado.
Ejemplo 1.-Identificar el tamiz núm. 100 DIN (denominación antigua). De acuerdo con lo escrito: n = 100 mallas/cm; n = 1002 = 10000 mallas/cm2; 2
m = 1/n = 1/100 = 0,01 cm de ancho de malla. Como el ancho de malla es menor que 0,15 cm, K = 0,36, y L 2 = K / n2
≈
0.36 x 10-4
L ≈ 0,006 cm; d = m - L = 0,01 - 0,006 = 0,004 cm.
Valores que, como puede apreciarse, coinciden con con los de la tabla 11-1, en la que se recogen los tamices analíticos DIN.
Caracterización del trabajo de un tamiz .-Teóricamente,
al colocar sobre un tamiz una sustancia constituida por granos de distinto tamaño y proceder a su tamización zarandeándola convenientemente, deben quedar sobre aquél lodos los granos de tamaño mayor que la luz del tamiz, y pasar por éste lodos los que tienen tamaño más pequeño. Esto es cierto con mucha m ucha aproxirnación en los análisis de tamizado que se practican con tamices contrastados y si se siguen las prescripciones que hay para esta clase de operaciones. Sin embargo, hay ciertas causas que determinan la imposibilidad de una separación neta de tamaños por el tamizado, quedando retenida una parte de los finos con los granos gruesos que constituyen el rechazo del tamiz, y pasando también una cierta cantidad de gruesos a formar parte del producto fino o cernido. Esto último se debe, casi siempre, a irregularidades de la superficie tamizadora, bien
porque el tejido esté mal construido, o porque se sitúen entre las mallas algunas partículas de forma irregular y de tamaño muy próximo al de la luz de la malla, y que por la presión y rozamiento de las que se mueven por encima de ellas originen corrimientos de los hilos que dilatan las mallas y, por tanto, aumentan la luz. Pero lo más frecuente fr ecuente es que sean los finos los que no pasen totalmente y queden impurificando el rechazo del tamiz. Las causas de esto son varias. Si el producto está húmedo, se aglomeran los finos y se comportan como gruesos, por lo que no pasan el tamiz; el f rotamiento electriza a las partículas pulverulentas y provoca también su adherencia; la gran energía superficial de los polvos muy finos es origen también de una mayor adherencia, por la l a que quedan unidos a los granos gruesos formando parte, indebidamente, del rechazo'. Para eliminar estas acciones de adherencia se emplea en ciertos casos un chorro de agua (tamizado por vía húmeda). Todavía hay otras dos causas por las que no pasan al cernido todos los granos que debieran hacerlo. Una de ellas es la falta de tiempo de tamizado suficiente para que todas las partículas hayan tenido la posibilidad de encontrar la malla por la que pueden pasar y que hayan pasado; la otra - que no se da en el caso de los análisis de tamizado practicados en el laboratorio- se presenta cuando la parrilla es inclinada. Tales cribas no ofrecen a las partículas la dimensión real de sus aberturas, sino la proyección horizontal de éstas que, indudablemente, es menor. En cualquier caso, la separación es tanto más difícil cuanto más próximos sean los tamaños a separar. Supongamos que se someten a tamizado B gramos de un producto bruto. El tamiz empleado deja pasar C gramos como cernido, quedando, por tan Lo, sobre el tamiz un rechazo, constituído por la fracción gruesa, en cantidad de n gramos. ·Es evidente que B = C + R. Se llama ín d ic e d e cer n id o , i c c , al porcentaje de B que representa la fracción de finos, C; o sea:
siendo i R R el índice de rechazo (o índice de gruesos).
+
Es evidente también que ( ic i R )= 100. A estos índices se los llama R )= corrientemente rechazo o cernido, entendiéndose que son porcentuales. Llámese grado de separación, referido a los finos ó cernido, a la expresión:
mf = C x FC x 100, B FB
= iC =
FC FB
En esta expresión, F C B B = porcentaje C = porcentaje de finos que hay en el cernido, y F de finos que lleva el producto bruto. La expresión anterior nos indica hasta qué punto han pasado o no todos los finos al cernido. Análogamente, la proporción de gruesos que pasan con los finos la podemos expresar por el grado de separación referidos a gruesos, m G , que valdrá:
Por ultimo, el rendimiento separador del del tamiz nos lo da diferencia entre ambos valores:
Como hemos dicho antes, todas las dificultades de separación neta en un tamizado no se suelen presentar en el laboratorio, sino en el trabajo de los tamices industriales. E j e m p l o 2 .-Se . -Se ha analizado granulométricamente un producto obtenido por cristalización, y ha dado el siguiente resultado: Cristales de tamaño superior a 2 mm ............... . 0,0 g entre 2-1 mm .................. . 19,82 g entre 1-0,5 mm ................ . 58,25 g entre 0,5-0,1 mm .............. . 10,18 g inferior a 0,1 mm .............. . 11,75 g 100,00 g. El producto industrial del que tomamos la muestra anterior alimenta a un gran tamiz cuyo objeto es separar los cristales gruesos de los finos, tomándose como criterio de separación 1 mm.
Se han tamizado en la fábrica 8630 Kg de producto bruto, del que se han obtenido 6730 Kg de finos (tamaño menor que 1 mm) entre cuyos granos ninguno es grueso (demostrado por el análisis de finura practicado con una muestra de este producto y con tamices contrastados). Determinar: a) El índice de cernido. b) El índice de rechazo. c) El grado de separación, referido a finos. d) El grado de separación, referido a gruesos. e) El rendimiento de la separación.
Representación de los resultados del análisis de tamizado El análisis de tamizado (análisis de finuras f inuras practicado con tamices) se efectúa disponiendo una serie de tamices superpuestos, en la parte superior el más grueso y en la inferior el más fino, depositando en el superior una cierta cantidad del producto bruto -generalmente, 100 gramos- y zarandeando el sistema durante un tiempo suficiente para que cada tamiz deje pasar pasar todos los finos que le le correspondan, según según su luz o abertura. Los resultados obtenidos se representan de alguna de las siguientes formas:
Los resultados del análisis granulomélrico.-El análisis granulométrico da, en primer lugar, una idea del reparto de tamaños existentes en la sustancia analizada, lo cual, a su vez, sirve para saber las cantidades que de los distintos tamaños se pueden o se deben separar en los tamices industriales con objeto de aprovechar según convenga las distintas fracciones.
Tamices industriales.-Las superficies tamizadoras empleadas con fines f ines industriales pueden estar constituidas por barras o viguetas, por chapas agujereadas o por tejidos de varia naturaleza.
2
Agrupación de Tamices.-Cuando se emplea más de un tamiz para separar el producto en más de dos fracciones, f racciones, se pueden acoplar según dos sistemas: a) en línea, y b) en cascada, representados ambos esquemáticamente esquemáticamente (para el caso de tres tamices) en la figura 11-3. La diferencia está, como se ve, en que en el primer caso el producto bruto, B, cae sobre el tamiz más delicado, el de malla más fina.
Ejemplo 3 En una serie de5 tamices se realizó la tamización de 5.000 kg de una sustancia. En el tamiz Nº 1 el Indice de Rechazo Rechazo fue del 15 %. El Cernido aquí obtenido fue pasado por un 2º tamiz en el cual el Indice de Cernido fue del 95 %. Este fue pasado por 2 tamices mas. En el primero hubo un rechazo del 15 % y en el 2º un Cernido del 85 %. Cuando paso por el ultimo tamiz el Indice de Rechazo fue del 10 %. Calcular el Ic e IR de cada tamiz, y el Cernido y Rechazo de cada uno. Solucion: 5000 kg
T1
R1 = 750
iR = 15 %, iC = 85 %
C1=4250 kg T2
R2 = 212.5
iR = 5 %, iC = 95 %
C2= 4037.5 T3
R3 = 605.6
iR = 15 %, iC = 85 %
C3= 3431.9 T4
R4 = 514.8
iR = 15 %, iC = 85 %
C4= 2917.1 T5
R5 = 297.1 C = 2625.3 kg
iR = 10 %, iC = 90 %
Aparatos tamizadores: Para que las partículas puedan atravesar las mallas de un tamiz es preciso que éste y el producto se encuentren en movimiento relativo, pues sólo así se da oportunidad oportunidad a los granos finos para que encuentren encuentren las aberturas y pasen a su través al cernido. En todo caso, debe procurarse que el producto se deslice en vez de saltar.
Además, para utilizar al máximo la superficie del tamiz, el deslizamiento en cada oscilación o cambio de posición del producto no debiera ser superior al ancho de una malla. Para cada sistema tamiz-material hay un grado de agitación óptimo. En la breve descripción de los tamizadores industriales que sigue se tratarán los los tipos más importantes divididos en dos grandes grupos, según las circunstancias del movimiento de los productos:
A) SISTEMAS EN LOS LOS QUE
SÓLO SE MUEVE MUEVE EL SÓLIDO.-La superficie
tamizadora está quieta. Pertenecen a este grupo las parrillas las parrillas inclinadas, formadas por barras paralelas, adyacentes, uniformemente espaciadas unas de otras, constituyendo un plano inclinado por cuya parte superior se descarga la alimentación, recogiéndose los gruesos o rechazo en el otro extremo y pasando los finos a su través por los claros que quedan entre las barras. Hay un grado de inclinación óptimo para cada material (según el tamaño de granos y las propiedades superficiales del mismo) con el que se obtiene un máximo rendimiento en la separación, definida también la velocidad de alimentación o recogiéndose los gruesos o rechazo en el otro extremo y pasando los finos a su través por los claros que quedan entre las barras.
Hay un grado de inclinación óptimo para cada material (según el tamaño de granos y las propiedades superficiales del mismo) con el que se obtiene un máximo rendimiento en la separación, definida definida también la velocidad de alimentación o carga del tamiz.
B) SISTEMAS CON TAMIZ MOVIL. Naturalmente, el sólido depositado sobre la superficie tamizadora se mueve también, pero con un cierto retraso, a causa de la inercia. El modelo más rudimentario de este tipo lo constituye la zaranda o cernedor, accionado a brazo. Dentro del tipo t ipo general se pueden distinguir varias clases, según el tipo de movimiento que se dé a la s superficie tamizadora.
a) SUPERFICIE SUPERFICIE TAM TAM IZADORA VIBR ANTE :
Es un ejemplo el aparato representado muy esquemáticamente en la figura 11-5; el movimiento vibratorio del vástago, V, se transmite a la superficie tamizadora por estar aquél acoplado a ésta mediante la unión S. Es también del mismo tipo y clase el representado en fa figura 11-6.
En estos aparatos importa mucho la amplitud y la frecuencia f recuencia del movimiento vibratorio
b) TAMIZ DE OSCILACIONES (VAIVÉN).Un aparato de esta clase está representado en la figura 11-7.
En ocasiones se deforma intencionadamente, intencionadamente, mediante acoplamientos elásticos, el movimiento de vaivén del tamiz, para que simultáneamente describa un movimiento de traslación, con lo que el sistema, en conjunto, imita muy bien el zarandeo a brazo.
c) TAMICES ROTATORIOS.-Se llaman también de tromel o de tambor. La figura 11-8 da idea de una disposición de esta clase, correspondiente a un tamizador de tambor, en línea.
También pueden acoplarse en cascada los tamices de tambor, para lo cual se disponen coaxialmente los varios tamices cilíndricos, siendo el de menor diámetro de tambor el tamiz de mayor abertura. Los tamices rotatorios tienen un tope máximo en su velocidad de rotación, que viene determinado por el momento en que la fuerza centrífuga hace que el producto se agarre a la superficie del tambor y gire con ella. Según Naske, el número máximo de revoluciones por m inuto viene dado por
r.p.m. máx. = 42,3 Dt ,siendo Dt = diámetro del tambor, en metros Los tamices giratorios se prestan muy bien para el tamizado en húmedo (en corriente de agua).
