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La centrífuga de tamiz o de espiral es una centrífuga de filtrado o tamiz que también se conoce como centrífuga de tamiz de gusano o centrífuga de descarga de cinta transportadora. Esta centrífuga se introdujo por primera vez a mediados del siglo XIX. Después de desarrollar nuevas tecnologías a lo largo de las décadas, ahora es uno de los procesos más utilizados en muchas industrias para la separación de materiales cristalinos, granulares o fibrosos de una mezcla sólido-líquido. Además, este proceso se considera que seca el material sólido. Este proceso ha sido uno de los más frecuentes, especialmente en la industria de preparación de carbón . Además, se puede encontrar en otras industrias como la química, el medio ambiente, la alimentación y otros campos mineros .
La centrífuga de desplazamiento con pantalla es una centrífuga de filtrado que separa sólidos y líquidos de una mezcla sólido-líquido. Este tipo de centrífuga se utiliza comúnmente con un proceso continuo en el que la suspensión que contiene tanto sólidos como líquidos se alimenta y se descarga continuamente de la centrífuga. En una centrífuga de desplazamiento con pantalla típica, el principio básico es que la alimentación entrante se separa en líquido y sólidos como dos productos. La alimentación se transporta desde el extremo de diámetro pequeño al extremo de diámetro mayor de la canasta troncocónica mediante la inclinación de la canasta de la pantalla y la velocidad ligeramente diferente del sinfín rascador. [1] El material sólido retenido en la pantalla se mueve a lo largo del cono a través de un transportador de tornillo interno mientras que la salida de líquido se obtiene debido a que la fuerza centrífuga hace que la suspensión de alimentación pase a través de las aberturas de la pantalla. [2] Además, la centrífuga de desplazamiento con pantalla puede girar en posición horizontal o vertical.
El uso de la centrífuga de desplazamiento de pantalla se ha visto en numerosas industrias de ingeniería de procesos . Una de las aplicaciones más notables es dentro de la industria de preparación de carbón . Además de eso, esta centrífuga también se emplea en la deshidratación de potasa, gilsonita , en procesos de sal y en la deshidratación de varias arenas. [3] Además, también está diseñada para su uso en la industria de procesamiento de alimentos , para la producción instantánea, láctea y equivalentes de manteca de cacao y otras grasas de confitería. [4]
Las centrífugas de espiral de criba, también conocidas como criba de gusano o descarga de cinta transportadora, hacen que los sólidos se desplacen a lo largo del cono a través de un transportador de tornillo interno. El transportador en la centrífuga gira a una velocidad diferencial con respecto a la criba cónica y las fuerzas centrífugas de aproximadamente 1800 g - 2600 g facilitan rendimientos razonables. [2] [5] Algunas de las centrífugas de espiral de criba están disponibles con hasta cuatro etapas independientes para un mejor rendimiento. La primera etapa se utiliza para deslicuar la alimentación, seguida de una etapa de lavado, y la etapa final se utiliza para el secado. En una centrífuga de espiral de criba avanzada con cuatro etapas, se emplean dos lavados independientes para segregar los licores de lavado. [5]
Los dos tipos más comunes de centrífuga de pantalla/desplazamiento utilizados en muchas aplicaciones industriales son la centrífuga de pantalla/desplazamiento vertical y la centrífuga de pantalla/desplazamiento horizontal.
El tambor de malla vertical está formado por los componentes principales de malla, espiral, cesta, carcasa y tornillo helicoidal. La alimentación que contiene materiales líquidos y sólidos se introduce en la centrífuga de tambor de malla vertical desde la parte superior. Esto se acelera mediante la aceleración centrífuga producida por las piezas giratorias en contacto. De esta forma, la fuerza centrífuga hace que los líquidos pasen por las aberturas, mientras que los sólidos se mantienen en la superficie de la malla, ya que no pueden pasar debido a partículas granulares más grandes que los poros de la malla o debido a la aglomeración. El movimiento de los sólidos a través de la superficie de la malla se manipula mediante paletas. Los líquidos que han pasado por la malla se obtienen y se descargan a través de la salida de efluentes desde el lateral de la máquina, mientras que los sólidos recogidos de la malla caen por gravedad a través de la descarga inferior de la máquina. [3]
Algunas de las centrífugas de desplazamiento vertical disponibles son el modelo CMI EBR y el modelo CMI EBW, que son fabricadas por Centrifugal & Mechanical Industries (CMI). La primera puede deshidratar partículas más gruesas de un tamaño que va desde 1,5 pulgadas hasta 28 mallas, mientras que la segunda puede deshidratar partículas más finas de un tamaño que va desde 1 mm hasta 150 mallas. [3]
De manera similar a una centrífuga de espiral con pantalla vertical, una centrífuga de espiral con pantalla horizontal está construida con varias partes principales: pantalla, espiral, canasta, carcasa y tornillo helicoidal. La pantalla y la canasta con geometría troncocónica se ensamblan en la carcasa en un eje horizontal. Dentro de la estructura troncocónica hay una pared tubular. Dentro de la pared tubular hay un cilindro de tornillo helicoidal que vuela sobre el paso de la espiral. La pared tubular tendrá una velocidad angular ligeramente diferente a la del tornillo helicoidal. [6]
La mezcla sólido-líquido se introduce en la parte trasera cerrada del espiral. El movimiento de rotación del espiral, la pantalla y la cesta permite que el líquido pase a través de las aberturas de la pantalla (a través de la fuerza centrífuga). Los restos sólidos se separarán según el tamaño debido a la diferencia de velocidad angular del tornillo helicoidal y la cesta. El tornillo helicoidal empuja el material sólido que se va a descargar hacia el extremo delantero del espiral. El tiempo de procesamiento depende del paso del tornillo helicoidal y de la diferencia de velocidad angular. También puede verse influenciado por el diseño de la abertura de alimentación del espiral. Las partículas sólidas que salen normalmente se recogen a través de un transportador en la unidad de recogida. [6]
El rendimiento y la eficiencia de salida de la centrífuga de desplazamiento de pantalla pueden verse afectados por varios factores, como el tamaño de partícula y la concentración de alimentación, la velocidad de flujo de alimentación y el tamaño de la malla de pantalla de la centrífuga.
El tamaño de partícula en la alimentación es uno de los parámetros más importantes a tener en cuenta, ya que la elección del tamaño de las ranuras y los orificios de la pantalla de la centrífuga de espiral de pantalla o de los diferentes tipos de proceso depende del contenido de la alimentación. El tamaño no uniforme de las partículas en la alimentación puede provocar un bloqueo parcial en la pantalla debido a que los sólidos de tamaño pequeño bloquean los orificios además de las partículas normales y más grandes. Por lo tanto, los líquidos fluyen sobre la pantalla en lugar de pasar a través de ella. Como tal, se requiere un mayor contenido de sólidos en la alimentación para obtener resultados buenos y razonables, normalmente superior al 15% y hasta el 60% p/p. [5] Sin embargo, se puede controlar el caudal de la alimentación para superar este inconveniente. Otro método posible es realizar un pretratamiento en la alimentación que se utilizará para la centrífuga de espiral de pantalla, por ejemplo, mediante el proceso de filtración. A continuación, se puede analizar el tamaño de partícula y se puede determinar la selección del tamaño de pantalla particular. Sin embargo, aumenta el costo operativo total.
El rango de operación típico del tamaño de partícula y la concentración de alimentación para centrífugas de desplazamiento de pantalla son 100 – 20,000 μm y 3 – 90% de la masa de los sólidos en la alimentación. [7] En general, el tamaño de las ranuras y los agujeros de la pantalla varía de 40 a 200 μm con áreas abiertas de 5 a 15%. [5] Sin embargo, se afirma que los productos recientes pueden manejar el tamaño de partícula tan bajo como 50 μm. [3] Las pantallas son generalmente de láminas metálicas o alambre de cuña y más recientemente pantallas metálicas y compuestas perforadas con corte por microchorro de agua.
Como se mencionó en la sección anterior, el caudal de alimentación es uno de los parámetros cruciales que se deben controlar para lograr una producción altamente eficiente. El rendimiento de la centrífuga es sensible al caudal de alimentación. Si bien el aumento del caudal de alimentación puede evitar el bloqueo de las pantallas, se menciona que se logran sólidos más húmedos. [8] Esto se debe al aumento de la carga hidráulica en la centrífuga cuando se aplica una mayor velocidad de alimentación, mientras que la velocidad de rotación diferencial entre el cono y el espiral, y el tiempo de retención dentro de la zona de deshidratación de la canasta son fijos. Además, una mayor velocidad de alimentación conduce a un aumento en el espesor efectivo del lecho, ya que es arrastrado hacia abajo por el espiral.
Las variaciones de material para la construcción y el diseño de los componentes principales de la centrífuga, como la placa de tamiz, el tornillo helicoidal y la cesta, podrían mejorar la vida útil de la máquina. Otro factor importante es el tamaño de la cesta cónica y su ángulo dentro de la centrífuga. El tamaño diferente de la cesta y el ángulo entre la cesta y el tornillo helicoidal pueden variar la velocidad angular; como resultado, la calidad del producto se ve afectada. Además, la forma del tornillo helicoidal también es importante ya que optimiza el transporte de la torta. [3] En la siguiente Tabla 1 se presenta una selección de centrífugas de espiral de tamiz típicas con diferentes tamaños de cesta que se encuentran en el mercado. Las secciones de espiral helicoidal y cesta cónica se construyen comúnmente en un ángulo de 10°, 15° y 20°. [5]
Tabla 1 Una selección de tamaños de centrífugas de desplazamiento de pantalla
La centrífuga de pergamino con pantalla tiene la ventaja de tener un transportador helicoidal de pergamino accionado que proporciona una pequeña velocidad diferencial con respecto a la cesta cónica. El transportador helicoidal se instala en la centrífuga para controlar el transporte de la alimentación entrante, lo que permite aumentar el tiempo de residencia de los sólidos en la cesta, lo que proporciona un mejor rendimiento del proceso. [5] Además, las secciones del transportador helicoidal y de la cesta cónica están diseñadas en un ángulo determinado de 10°, 15° y 20°, que es común, de modo que las partículas sólidas se arrastran sobre el transportador a lo largo del cono hacia el punto de descarga. Como resultado, no se forma una capa uniforme de sólidos, sino que se forman pilas de sección triangular frente a las cuchillas del transportador. El tiempo de residencia dentro de la centrífuga de pergamino con pantalla es típicamente de aproximadamente 4 a 15 segundos, que es más largo que el de la centrífuga de cesta cónica más simple normal. Esto permite un tiempo de interacción suficiente entre los líquidos de lavado y la torta. Sin embargo, la presencia del transportador provoca la rotura de cristales y problemas de abrasión, así como la formación de una capa de sólidos desigual que puede provocar un lavado deficiente. Esto se puede controlar mediante la velocidad del transportador. [5]
Los ingenieros de TEMA, especialistas en centrífugas, afirman que la centrífuga de desplazamiento de pantalla horizontal puede lograr una mayor recuperación general de finos de hasta el 99%, combinándose con una humedad del producto muy baja. Además, se recomienda operar con la alimentación que contenga más del 40% de sólidos con un tamaño mínimo de 100 μm para lograr los mejores resultados. [9] El uso de la centrífuga de desplazamiento de pantalla con orientación horizontal es más económico ya que su capacidad es un 40% más de tonelaje que la de la orientación vertical del mismo tamaño por el mismo costo de energía. Además, el mantenimiento de la centrífuga de desplazamiento de pantalla horizontal se puede realizar fácilmente ya que no es necesario el desmontaje total. [10] Hoy en día, las centrífugas de desplazamiento de pantalla están equipadas con un sistema de limpieza CIP con el fin de autolimpiarse dentro de la centrífuga.
Por otro lado, tiene el inconveniente de que puede producirse un bloqueo de la malla debido a que la suspensión de alimentación contiene pequeños cristales además de cristales sólidos grandes y normales. En consecuencia, esto hace que la malla se vuelva menos permeable, por lo que los líquidos fluyen sobre ella en lugar de atravesar la malla de la malla. Sin embargo, este problema se puede solucionar reduciendo el caudal de alimentación. [5]
La canasta, el tornillo helicoidal, el filtro de pantalla y otras partes están diseñadas para cumplir con la entrada del proceso y un cierto rendimiento. La mayoría de las piezas están hechas de metal para poder manejar el proceso de separación. Cuanto más grande sea el recipiente, más entrada puede contener, pero al mismo tiempo puede aumentar el proceso y el tiempo de residencia. El tornillo helicoidal está hecho para poder sostener y mover la partícula para poder controlar el movimiento de la torta. El filtro de pantalla está hecho para poder tamizar la partícula y el agua. El proceso de limpieza para este tipo de máquina puede ser difícil en comparación con otros modelos de separación. El diseño se optimiza principalmente con una característica de bajo mantenimiento y se proporciona con un buen sellado para evitar fugas y roturas de la construcción. [3] [8]
Después de retirar los líquidos de la suspensión para formar una torta de sólidos en la centrífuga, se requiere un tratamiento posterior para secar completamente los sólidos. El secado es el proceso más común utilizado en la industria. Otro sistema de tratamiento posterior es tratar los productos con otra etapa del proceso de deslicuarización. [11]
La centrífuga de pantalla/desplazamiento moderna ha sido modificada de varias maneras respecto del diseño original: