Programa de Maestra enCiencias con mencin en
IngenieraAmbientalCURSO :INGENIERIA AMBIENTALDOCENTE: Dr. Guillermo
Evangelista Benites Maestra en Ciencias con mencin en Ingeniera
Ambiental Pgina 2PRESENTADO POR:Ing. AZULA DAVILA ALFONSOMblgo.
ESTRADA HUANCAS ERICKIng. LLUNCOR BARTRA CARLOSIng. LOPEZ SOSA
CARLOSMed. Vet. PAZ SEGURA MARCOIng. POZADA LIMO KATTIAINDICEPagI.-
INTRODUCCIN 04II.- OBJETIVOS 05III.- DEFINICIN DE CENTRIFUGACION.El
Sedimento 05El centrifugado o el Concentrado (lquido flotante)
05IV.- SEDIMENTACION Y CENTRIFUGACION 06V.- PRINCIPIOS FSICO -
QUMICO.Principio de Arqumedes07Principio de Stockes 08VI.- FUERZAS
QUE INTERVIENEN EN EL PROCESO.A.-Fuerza Centrfuga 12B.- Fuerza
Centrpeta 12C.- Fuerza Friccional 13VII.- COMPONENTES DE LA
CENTRFUGA 13VIII.- CLASIFICACIN DE ROTORES 14Rotores Flotantes
14Rotores de ngulo Fijo 14Rotores Verticales 17IX.- SELECCIN DE
TUBOS DE CENTRFUGAS 18X.- VOCABULARIO Y FRMULAS COMUNES DE
CENTRIFUGACIN 19XI.- VARIABLES QUE AFECTAN LA CENTRIFUGACIN 21A.-
Masa y densidad de la partculaB.- Densidad del medioC.- Aceleracin
de la gravedadD.- Coeficiente de DifusinE.- TiempoE.-
TemperaturaF.- Presin y VelocidadXII.- TIPOS DE
CENTRIFUGACION.Centrifugacin Analtica 21Centrifugacin Preparativa:
Diferencial y en gradiente de densidad 22Centrifugacin diferencial
22Maestra en Ciencias con mencin en Ingeniera Ambiental Pgina
3Centrifugacin en Gradiente de Densidad 25XIII.- CENTRFUGAS.13.1.-
Centrifugadores utilizados en el tratamiento del agua 2913.2.-
Centrifugadores utilizados en la separacin y anlisis de muestras
3413.3.- Centrifugadores para procesos qumicos de muestras 34XIV.-
ECUACIONES DE DISEO PARA CENTRIFUGAS.Centrfugas Tubulares
37Centrfugas de discos 38XV.- TIPOS DE SEPARACIONES CENTRFUGAS
UTILIZADAS EN BIOQUMICA, BIOLGIA CELULAR Y MOLECULAR Y EN MEDICINA
39XVI.- EJERCICIOS 42XVII.- IMPORTANCIA DE LA CENTRIFUGACION EN LA
SEPARACIN Y ANALISIS DE MUESTRAS 43XVIII.- APLICACIONES EN LA
INDUSTRIA.CAA DE AZUCAR 44LACTEA 55MATADEROS, CURTIEMBRES, PESQUERA
57GALVANOPLASTIA 57EXTRACCION DE ACEITES POR CENTRIFUGACION 60XIX.-
CONCLUSIONES 65XX.- REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS 66Maestra en
Ciencias con mencin en Ingeniera Ambiental Pgina 4I.-
INTRODUCCIONEl Proceso de separacin es una operacin que convierte
una mezcla de sustancias en dos o ms productos que difieren uno del
otro en composicin.Para poder separar la mezcla se debe crear un
dispositivo, sistema o proceso que proporcione la energa necesaria
para causar la
separacin.Laseparacindedoscompuestossehacesiemprebasndoseenunapropiedadfsicao
qumica.Para que el proceso sea factible, debe existir una
diferencia mnima entre los dos compuestos, en lo que a esa
propiedad se refiere, Mientras mayor sea esa diferencia, ms eficaz
ser la separacin.Los principales mtodos de separacin que se
utilizan son los siguientes:1. Centrifugacin2. Flotacin3.
Filtrado4. Destilacin5. Cristalizacin6. Precipitacin7. Separacin
magntica8. Sedimentacin9. Tamizado10. Intercambio
inico11.Deshidratacin12. smosis inversaLas separaciones que se
llevan a cabo lentamente por gravedad pueden acelerarse en gran
medida con el empleo de equipo
centrfugo.Unacentrfugautilizafuerzacentrfuga(fuerza-g) paraaislar
partculassuspendidasdel medio que las rodea ya sea en lotes o como
flujo contnuo. (Seoanez
1998)Lascentrifugasobombascentrfugasseusanendiferentestiposdeindustrias:
industria qumica, petroqumica, refineras, industriasalimenticias,
farmacuticas, textil, azucarera, etc.As tambin la centrifugacin es
una de las tcnicas de investigacin ms importantes y de mayor
aplicacin en bioqumica, biologa celular y molecular y en medicina.
Las Maestra en Ciencias con mencin en Ingeniera Ambiental Pgina
5investigaciones y aplicaciones clnicas de hoy en da dependen del
aislamiento de clulas, orgnulos subcelulares y macromolculas, por
lo general de alto rendimiento.II.- OBJETIVOSLos objetivos que se
plantea este trabajo son los siguientes: Dar a conocer nociones
generales del proceso unitario denominado centrifugacin. Detallar
las clases de centrifugacin y tipos de centrfugas. Explicar las
partes que componen una centrfuga Describir la participacin del
proceso unitario de centrifugacin en varios procesos III.-
DEFINICIN DE CENTRIFUGACION.Es un mtodo mecnico por el cual se
pueden separar lquidos no miscibles o slidos de lquidos de
diferente densidad mediante una centrifugadora, la cual imprime a
la mezcla un movimientorotatorioconunafuerzademayor
intensidadquelagravedaddenominada fuerzacentrfuga,
provocandolasedimentacindel slidoodelaspartculasdemayor densidad.
Este es uno de los principios en los que se basa la densidad: Todas
las partculas, por poseer masa, se ven afectadas por cualquier
fuerza (origen de una aceleracin).El objetivo de la centrifugacin
es separar partculas de diferentes caractersticas. Para ello,
seaplicaunfuertecampocentrfugo,
conlocuallaspartculastendernadesplazarsea travs del medio en el que
se encuentren con la aceleracin G.G=velocidad angular2 x radio de
giro. Lenntech (1998) indica que durante la centrifugacin, en el
recipiente se forman dos fases claramente distintas:3.1.- El
SedimentoGeneralmente no tiene una estructura uniforme. Debajo
encuentra un ejemplo de un depsito de sedimento: 3.2.-El
centrifugado o el Concentrado (lquido flotante)Maestra en Ciencias
con mencin en Ingeniera Ambiental Pgina 6A menudo claro, algunas
veces nublado, debido a la presencia de las partculas coloidales
muy finas que no se depositan fcilmente. Sin embargo puede tambin
contener varias fases si el lquido intersticial de las mezclas
contiene el elemento con diversas densidades, tales como aceites
por ejemplo. En algunos documentos se menciona que la centrifugacin
impone, gracias a la aceleracin centrfuga, un efecto parecido al
gravitacional: Las partculas experimentan una aceleracin que las
obliga a sedimentar. La centrifugacin puede dividirse en primera
instancia en dos grandes grupos:a. La preparativa:se obtienen
grandes cantidades del material que se desea estudiar.b.La
analtica: se procede al anlisis de las macromolculas en una ultra
centrifugacin. IV.- SEDIMENTACION Y CENTRIFUGACIONEl estudio de las
separaciones slido-lquido por centrifugacin est basado en la teora
de la sedimentacin. Estapermitedesarrollar algunasprediccionesdel
comportamientodelos equipos centrfugos, no sola para poder
especificarlos y dimensionarlos, sino que tambin ofreceun apoyo
adecuadoparasu correcta operacin. La teora de la sedimentacin est
basada en la Ley de Stokes que establece los aspectos bsicos del
movimiento de un slido en un lquido cuando existe un gradiente de
densidad. Este movimiento puede ser causado por la fuerza
gravitacional o por una fuerza centrfuga y de acuerdo a esto se
puede expresar la velocidad de sedimentacin de una partcula del
siguiente modo:Velocidad de sedimentacin de la partcula para un
campo gravitacional: Maestra en Ciencias con mencin en Ingeniera
Ambiental Pgina 7gdvs g). (. 182 Vlida para partculas esfricas, Re
< 1 y bajas concentraciones1. .Re v dVelocidad de sedimentacin
de la partcula si el campoes centrifugo, en centrfugas esfricas::
velocidad angular en radianes por segundo
,_
srad n60. . 2 n : revoluciones por minutor: radio desde el
centro de la centrfuga a la posicin donde se encuentra la
partculad: dimetro de la partculas: densidad de la partcula:
densidad del fluido: viscosidad del fluidoFuerzarelativa de la
centrfuga o nmero de g o efecto centrfuga g rvvZgr.2 Z : fuerza
relativa de la centrfuga o nmero de g o efecto centrfugaEn esta
ltima aproximacin r debe expresarse en metros.Normalmente se
utiliza el parmetro Z para caracterizar a la centrfuga pero no
puede ser usado para estimar su capacidad. El mximo flujo posible
al cual se puede trabajar en el caso de centrfugas que funcionan en
forma continua, depende del tipo de centrfuga utilizada. V.-
PRINCIPIOS FSICO - QUMICO.Maestra en Ciencias con mencin en
Ingeniera Ambiental Pgina 8) ( ) (18222grv rddtdrvg s g r
Todaslaspartculassuspendidasenunlquidotiendenasepararseespontneamente,
en funcin del tiempo de una manera natural, por accin de un fenmeno
llamado sedimentacin, debido a la gravedad terrestre. Un soluto
suspendido en un lquido por accin de la gravedad terrestre se
separa y pasa a ocupar el fondo del recipiente que la contiene,
quedando el lquido en la parte superior.La base fsica de la
separacin es la accin de la fuerza centrfuga sobre las partculas en
rotacin, que aumenta con el radio del campo rotacional y con la
velocidad de rotacin.La velocidad de sedimentacin se determina por
la densidad de las partculas.Las partculas densas sedimentan
primero, seguida de las partculas ms ligeras. En funcin de las
condiciones existentes, las partculas muy ligeras pueden incluso
permanecer en suspensin. La fuerza centrfuga relativa guarda
relacin con el nmero de revoluciones del rotor por minuto conforme
a la frmula:FCR = 1,118 x 10-6 x r x n2En donde FCR = fuerza
centrfuga relativa (g)r = radio en milmetros desde el pivote de la
centrifugadora hasta lapunta del punto, y n =nmero de revoluciones
por minuto4.1.- Principio de ArqumedesEs un principio fsico que
afirma que un cuerpo total o parcialmente sumergido en un fluido
esttico, ser empujado con una fuerzaigual al peso del volumen de
fluido desplazado por dichoobjeto.
Deestemodocuandouncuerpoestsumergidoenel fluidosegeneraun
empujehidrostticoresultantedelaspresionessobrelasuperficiedel
cuerpoqueacta siempre hacia arriba a travs delcentro de gravedaddel
cuerpo del fluido desplazado y de valor igual al peso del fluido
desplazado. Esta fuerza se mide en Newtons(en el SI) y su ecuacin
se describe como:Dondefyssonrespectivamenteladensidaddel fluidoydel
slidosumergido;Vel volumen del cuerpo sumergido; y g la aceleracin
de la gravedad.Maestra en Ciencias con mencin en Ingeniera
Ambiental Pgina 94.2.- Principio de StokesAlgunos de los principios
bsicos en la teora de la sedimentacin se derivan de la Ley de
Stokes. Parasimplificar el problemasesueleconsiderar quelas
partculas aaislar en Biologa son esferas; cuando stas se encuentran
en un campo gravitacional y alcanzan una velocidad constante, la
fuerza neta sobre cada esfera es igual a la fuerza de resistencia
que opone el lquido a su movimiento. En este caso particular de la
ley de Stokes se comprueba qu: La velocidad de sedimentacin de cada
partcula es proporcional a su tamao, La velocidad de sedimentacin
es proporcional a la densidad de la partcula y a la del medio, La
velocidad de sedimentacin es nula cuando ambas densidades se
igualan, La velocidad de sedimentacin disminuye al aumentar la
viscosidad del medio, y La velocidad de sedimentacin aumenta al
aumentar el campo de fuerza. Si las partculas estn cayendo
verticalmente en un fluido viscoso debido a su propio peso puede
calcularse su velocidad de cada o sedimentacin igualando la fuerza
de friccin con la fuerza de gravedad.donde:Vs es la velocidad de
cada de las partculas (velocidad lmite)g es la aceleracin de la
gravedad,p es la densidad de las partculas yf es la densidad del
fluido.Maestra en Ciencias con mencin en Ingeniera Ambiental Pgina
10Maestra en Ciencias con mencin en Ingeniera Ambiental Pgina
11COEFICIENTE DE SEDIMENTACIONMaestra en Ciencias con mencin en
Ingeniera Ambiental Pgina 12VI.- FUERZAS QUE INTERVIENEN EN EL
PROCESO.A.- Fuerza CentrfugaEs la que tiende a alejar los objetos
del centro de rotacin mediante la velocidad tangencial,
perpendicular al radio, en un movimiento circular.La fuerza
centrfuga es una de las fuerzas ficticias que parecen actuar sobre
un objeto cuando su movimiento se describe segn un sistema de
referencia en rotacin.La fuerza centrfuga surge cuando analizamos
el movimiento de un objeto desde un sistema dereferencia
noinercial, oacelerado,que describe un movimiento circular
uniforme.La fuerza centrfuga ser el producto de la masa por la
aceleracin centrfuga, en un sistema de referencia no inercial.El
nmero de veces que la fuerza centrfuga supera a la fuerza de
gravedad se denomina FACTORCENTRIFUGO, el cual nos permite evaluar
la eficienciadeunacentrfuga operada bajoestas condiciones al
compararla conel procesoreguladoagravedad. El FACTOR CENTRIFUGO se
expresa como:Donde:C = Factor centrfugo.Fc. = Fuerza centrfuga
(Kg.).P = Peso del objeto o partcula (Kg.).m = masa del cuerpo
(Kg.).g = aceleracin de la gravedad ( = 9.81 m/ seg2).w = velocidad
angular (radianes/ seg.).R = Radio de giro (m).Maestra en Ciencias
con mencin en Ingeniera Ambiental Pgina 13N = RPM.B.- Fuerza
CentrpetaSe llama as a la fuerza que tira de un objeto hacia el
centro de un camino circular mientras que el objeto sigue dicha
trayectoria a una rapidez constante (siendo la rapidez la magnitud
de la velocidad). El trmino centripeta proviene de las palabras
latinas centrum (centro) and petere(dirigirse hacia...), y puede
ser derivada a partir de las leyes descubiertas porIsaac Newton.La
fuerza centrpeta siempre acta en forma perpendicular a la direccin
de movimiento del cuerpo sobre el cual se aplica. En el caso de un
objeto que se mueve en trayectoria circular conrapidez cambiante,
la fuerza netasobre el cuerpopuedeser descompuesta enun componente
perpendicular que cambia la direccin del movimiento y
unotangencial, paralelo a la velocidad.C.- Fuerza FriccionalLa
fuerza de friccin a veces tambin es conocida como resistencia al
rozamiento. Esta es la fuerza friccional que se genera en la
superficie del tubo de ensayo (con una muestra) causada por el
movimiento del aire alrededor de esta. Es por ello que las muestras
en una centrfuga deben estar en un tubo de ensaye grueso, y liso
(lo ms estable posible), porque si no estos se romperan. Esto ayuda
a minimizar la fuerza de friccin.Sobre una macromolcula en solucin,
sometida a un campo de fuerza centrfugo o gravitatorio, actan tres
fuerzas: la fuerza del campo, el empuje del solvente y la fuerza de
friccin (las dos ltimas se oponen a la primera). VII.- COMPONENTES
DE LA CENTRFUGAUnacentrifugaesundispositivopara separar partculas
en una solucin de acuerdoa su tamao, textura, densidad, viscosidad
del medio y velocidad del rotor.Sus componentes son:Maestra en
Ciencias con mencin en Ingeniera Ambiental Pgina 14Rotor:
Dispositivo que gira y en el que se colocan los tubos. Motor: Es
elctrico y capaz de girar a docenas de miles de veces por minuto.
Permite que la tcnica sea ejecutada.Cmara de Vaco: Es una pieza
cncava que sirve para contener dentro de ella el rotor y su
respectivo soporteque lo une o conecta con el motor.Control
deVelocidad, TiempoyTemperatura:Regulalavelocidaddel dispositivoal
igual que el dispositivo regulador de la temperatura necesaria para
la centrifugacin de las muestras. VIII.-CLASIFICACIN DE
ROTORESCole-Parmer Technical Library(2003) describe una
clasificacin general de rotores consistente en tres categoras
comunes, a saber: rotores flotantes, de ngulo fijo y vertical.
Obsrvese que cada tipo de rotor tiene ventajas y limitaciones segn
el tipo de separacin deseada.8.1.- Rotores FlotantesMaestra en
Ciencias con mencin en Ingeniera Ambiental Pgina 15FlotanteDe ngulo
fijoVerticalLos tubos se cargan en un cubos individuales que
cuelgan en forma vertical mientras el rotor se mantiene quieto.
Cuando comienza la rotacin los cubos adoptan una posicin horizontal
(Figura 4). Es especialmente til enlos casos en quelas muestras
debentratarse en gradientesdedensidad. Amayor
longituddetrayectoria, mejor separacindeclasesde partculas
individuales de una mezcla. Sin embargo, este rotor no resulta muy
eficaz para peletizar. Adems, se deben evitar las cargas
concentradas ocasionadas por CsCl giratorio u otros materiales de
gradientes densos que puedan precipitarse.
En este tipo de rotor, los tubos que se utilizan para
centrifugar estn unidos al brazo del rotor por su parte superior.
Durante la centrifugacin, debido a la fuerza centrfuga, los tubos
pierden la verticalidad y se sitan perpendiculares al eje de
rotacin.Maestra en Ciencias con mencin en Ingeniera Ambiental Pgina
16 8.2.- Rotores de ngulo FijoLostuboscalzanfijosenel
ngulodelacavidaddentrodel rotor. Cuandocomienzala rotacin, la
solucin se reorienta en los tubos (Figura 4). Este tipo de rotor es
comnmente utilizadoparapeletizar.
Algunosejemplosincluyenbacteriasdepellets, levadurayotras
clulasmamferas. Tambinresultatil
paraseparacionesIsopcnicademacromolculas tales como cidos
nuclicos.Maestra en Ciencias con mencin en Ingeniera Ambiental
Pgina 17 En este tipo de rotores la centrifugacin se lleva a cabo
siempre en un ngulo fijo respecto al eje de rotacin.8.3.- Rotores
VerticalesSe sostienen los rotores en forma vertical durante la
rotacin. Este tipo de rotor no resulta adecuado para peletizar sino
que es es ms eficiente para separaciones isopcnicas (en base a la
densidad) debido la corta longitud de trayectoria. ADN plsmido, ARN
y aislamientos de lipoprotenas son algunas de sus
aplicaciones.Maestra en Ciencias con mencin en Ingeniera Ambiental
Pgina 18IX.- SELECCIN DE TUBOS DE CENTRFUGASSeleccin de tubos de
centrfugas adecuados: Evita prdidas o filtraciones de la muestra
Garantiza compatibilidad qumica Permite una fcil recuperacin de
muestras Factor de importancia en la seleccin del material de un
tubo (plstico): Claridad Resistencia qumica Mecanismo de sellado
(de ser necesario) Ver la gua del producto o el envase del tubo
para saber el volumen recomendado para cada muestra y la velocidad
mxima. Para rotores de ngulo fijo o verticales siempre utilice
tubos de paredes delgadas, sellados y llenos.Maestra en Ciencias
con mencin en Ingeniera Ambiental Pgina 19 Utilizar tubos de
autoclave slo de ser necesario y a no ms de 121C durante 15
minutos. Evite limpiar los tubos de plstico en lavavajillas o
lavadoras de cristalera automticos, capaces de alcanzar
temperaturas extremadamente altas. Recomendamos limpiar los tubos
con detergente suave de laboratorio en agua tibia, enjuagar y dejar
secar al aire. El tubo debe coincidir cuidadosamente con el tipo de
rotor para evitar prdidas y/o fallas, como se ilustra en la Tabla 5
a continuacin. Para prolongar la vida del tubo y evitar que se
rompa o destruya:X.- VOCABULARIO Y FRMULAS COMUNES DE
CENTRIFUGACINPellet: concentracin de partculas en un tubo o rotor
despus de la centrifugacin. Supernadante: El lquido claro que se
encuentra por encima de los pellets. Adaptador:Dispositivopara
calzar los tubos odispositivos de centrifugacin en las cavidades de
los rotores. RPM: Revoluciones por minuto (Velocidad). Rmax: Radio
mximo desde el eje de rotacin en centmetros. Rmin: Radio mnimo
desde el eje de rotacin en centmetros. FCR: Fuerza Centrfuga
Relativa. FCR = 11,17 x Rmax (RPM/1000)2 Factor-K: Eficacia
peletizadora del rotor. A menor factor-K, mayor eficacia para
peletizar. Valor-S:el coeficientedesedimentacinconsiste
enunnmeroqueinformael peso molecular y la forma de la partcula. El
valor-S se expresa en unidadades Svedberg. A mayor valor-S, mayor
velocidad de separacin de una partcula. Para mayor informacin sobre
coeficientes de sedimentacin, ir a la seccin de referencias y
lecturas sugeridas de este artculo.Tiempo de peletizacin: el tiempo
que le lleva peletizarse a un partcula. T = K/S donde T= tiempo de
peletizacin en horas. K = factor-K del y S = coeficiente de
sedimentacin. Frmuladeconversindel rotor:Si seconoceel
tiemoquelellevabapeletizar una muestra a su antiguo rotor, se puede
determinar el tiempo de peletizacin para la misma Maestra en
Ciencias con mencin en Ingeniera Ambiental Pgina 20muestra en el
rotor nuevo. La frmula es:Donde: T1 = Tiempo de peletizacin en el
rotor nuevo T2 = Tiempo de peletizacin en el rotor antiguo K1 =
factor-K del rotor nuevo K2 = factor-K del rotor antiguoEjemplo de
conversin de rotores:Rotor antiguo (Beckman JA-10)Rotor nuevo
(Sorvall SLC-1500)T2 = 20 min; K2 = 3610T1 = ( ? ) min; K1 =
1676Tiempo de peletizacin antiguo = 20 minTiempo de peletizacin
nuevo = 9,2 minXI.- VARIABLES QUE AFECTAN LA CENTRIFUGACIN.De
acuerdo al documento Anlisis Instrumental de la escuela de
Bioanlisis de la Universidad de Zulia (sf) distinguen las
siguientes variables:A.- Masa y densidad de la partculaSon
propiedades fsicas caractersticas que pueden afectar directamente
la centrifugacin. La masa es conocida como la cantidad de materia
contenida en un cuerpo o sustancia; mientras que la densidad es la
cantidad de masa contenida en un volumen determinado.B.- Densidad
del medioLosmediosmuydensosopocosdensosafectanalacentrifugacin.
Lasacarosa, si su concentracin aumenta,esto hace que aumente la
densidad del medio y la viscosidad del mismo. Si el medio es mucho
ms denso afectara en la determinacin del aumento de la densidad del
medio por la sacarosa.C.- Aceleracin de la gravedadSe relaciona con
la fuerza de atraccin de la tierra sobre los objetos. Al aumentar
la gravedad aumenta la velocidad.D.- Coeficiente de DifusinEs la
facilidad con que cada soluto en particular se mueve en un solvente
determinado. Esto depender de la consistencia del medio
lquido.Maestra en Ciencias con mencin en Ingeniera Ambiental Pgina
21E.- TiempoLa centrifugacin debe hacerse en el tiempo justo, ya
que en el proceso se pierden elementos de gran importancia para el
estudio.F.- TemperaturaBsicamente lo mismo que en el tiempo. Esto
tambin depender del tipo de anlisis que se desea realizar. G.-
Presin y
VelocidadLapresinvienesiendolarelacinqueexisteentreunafuerzaylasuperficiedondese
aplica. La velocidad, en cambio, la magnitud con la que se cambia a
posicin de un objeto. Ambas afectan a la centrifugacin ya que el
aumento o disminucin de las mismas pueden hacer perder componente
importantes de lo que se quiere analizar.XII.- TIPOS DE
CENTRIFUGACION.12.1.- Centrifugacin AnalticaEstima propiedades
fsicas (coeficiente desedimentacin opesomolecular) de alguna
partcula en concreto: sus propiedades hidrodinmicas.Para poder
aplicar la tecnologa de la centrifugacin analtica deben cumplirse
una serie de requisitos: Que se aplique a sustancias lo ms puras
posible, no a grandes mezclas. Que presenten una mayor capacidad de
giro, en torno a las 100.000 r.p.m. Encuantoal tipoderotores,
senecesitaquelasparedesdel tuboseencuentren alineadas con las lneas
de fuerza y estn provistos de sistemas pticos capaces de detectar
la sedimentacin de la partcula en cada momento.Las molculas se
observan en un sistema ptico durante la centrifugacin, para
detectar las macromolculas ensolucinamedidaquesemuevenenel
campogravitacional. Las
muestrassecentrifuganenceldasconventanasquesedisponenenel
planoparaleloal sentido de giro del rotor. A medida que el rotor
gira, las imgenes de la celda, se proyectan en un sistema ptico
sobre un film o una computadora. La concentracin de la solucin en
variospuntosenlaceldasedeterminapor
laabsorcindeluzdelalongituddeonda apropiada.Maestra en Ciencias con
mencin en Ingeniera Ambiental Pgina 2212.2.-Centrifugacin
Preparativa: Diferencial y en gradiente de densidadEl objetivo de
la centrifugacin preparativa es aislar partculas especficas.Existen
dos mtodos de separacin en centrifugacin preparativa: Diferencial y
En gradiente de densidad.A.- Centrifugacin diferencialEs el mtodo
ms comn de separacin, y es rara la purificacin enzimtica que no lo
utiliza. En este mtodo, el tubo de centrfuga se llena con una
mezcla uniforme problema. Tras la centrifugacin se obtienen dos
fracciones: un pellet que contiene el material sedimentado y
unsobrenadanteconelmaterialno sedimentado. El mtodo es bastante
inespecfico,y a priori no se puede saber si la partcula buscada
quedar en el sobrenadante, en el pellet o repartido entre ambos;
sin embargo es una tcnica muy til, sobre todo para aislamiento de
clulas y orgnulos subcelulares. Maestra en Ciencias con mencin en
Ingeniera Ambiental Pgina 23Maestra en Ciencias con mencin en
Ingeniera Ambiental Pgina 24Maestra en Ciencias con mencin en
Ingeniera Ambiental Pgina 25B.- Centrifugacin en Gradiente de
DensidadMaestra en Ciencias con mencin en Ingeniera Ambiental Pgina
26Este mtodo es algo ms complicado que la centrifugacin
diferencial, sin embargo presenta ventajasquecompensanel
trabajoaadido. Latcnicanosolopermitelaseparacinde varios, si
notodos, los componentes delamuestra, sinoquetambinpermiterealizar
medidas analticas. B.1.- Centrifugacin ZonalLa muestra a analizar
se deposita en la parte superior de un gradiente de densidad
preformado. Bajofuerzacentrfugalaspartculascomenzarnasedimentar
atravs del gradiente, movindose cada partcula a diferentes
velocidades dependiendo de su masa. Maestra en Ciencias con mencin
en Ingeniera Ambiental Pgina 27B.2.- Centrifugacin de Equilibrio en
Gradiente Isopcnica.Separa las partculas con base en sus densidades
diferentes, la muestra puede ser cargada directamente sobre un
gradiente de densidad preformado y la centrifugacin llevada a cabo.
Mientras en la centrifugacin zonal la densidad del gradiente no
debe exceder a la de las partculas a separar, en la centrifugacin
de equilibrio en gradiente la condicin fundamental es que la
densidad mxima del gradiente final debe siempre exceder a la
densidad de las partculas.Maestra en Ciencias con mencin en
Ingeniera Ambiental Pgina 28Maestra en Ciencias con mencin en
Ingeniera Ambiental Pgina
29Lacentrifugacindeequilibrioengradientepermitequelas especies
sedimentantes se muevan por el gradiente hasta que alcanzan un
punto donde su densidad y la del gradiente son idnticas, por lo
cual tambin se le llama centrifugacin isopcnica. En este punto no
se producir una sedimentacin posterior debido a que flotan sobre un
"colchn" de material que posee una densidad superior que la suya
propia. Centrifugacin zonal Centrifugacin isopcnicaMaestra en
Ciencias con mencin en Ingeniera Ambiental Pgina 30Colocacin de la
muestraParte superior de un gradiente de densidad preformado.La
muestra se disuelve en una solucin isocrtica. Separacin en funcin
deMasa de la partcula. Densidad de la partcula.XIII.-
CENTRFUGAS.13.1 Centrifugadores utilizados en el tratamiento del
agua En las aplicaciones del tratamiento del agua Lenntech (1998)
Manifiesta que los centrifugadores se encargan de la separacin de
las partculas mediante fuerza de aceleracin
gravitacionalqueselogragraciasa unarotacinrpida.
Esteprocesopuedeprovocarla sedimentacin o suspensin de las
partculas o puede conseguir la fuerza necesaria para la filtracin a
travs de algn tipo de filtro. TiposLa mayora de los centrifugadores
rotan gracias a algn tipo de fuerza motriz. El tipo de
centrifugadores para la sedimentacin incluyen:A. HidrociclonesB.
Campana tubular centrifuga (bowl)C. Cmaras-campana de centrifugacin
(chamber bowl)D. Centrifugador de cesta imperforada (imperforate
basket)E. Separador de discos (disk stack separator)F. decantador
(decanter)Loscentrifugadoresdesedimentosfueroninventadosparalaseparacinentrelquidosy
slidas y para los solidos no manejables. Pronto se llego a la
conclusin de que este tipo de sistemas tiene una gran cantidad de
aplicaciones adicionales desde la separacin de slidos e impurezas,
hasta la separacin de slidos en lquidos. A. HidrociclonesLa manera
mas simple de utilizar la fuerza centrifuga para la separacin son
los hidrociclones. En realidad no es un Maestra en Ciencias con
mencin en Ingeniera Ambiental Pgina 31centrifugador:
yaquelaseparacincentrifugaseproducidaporel movimientodel lodo,
inducido por la inyeccin del material de alimentacin de manera
tangencial. El principio de operacin se basa en el concepto de
velocidad terminal de sedimentacin de una partcula slida en un
campo centrifugo. El siguiente esquema describe las condiciones de
operacin de los hidrociclones. El flujo de entrada entra
tangencialmente (inlet) en la seccin cilndrica del hidrociclon que
seguir un camino circular con un flujo revertido de fluido desde
afuera al eje del vortice (vortex finder).Elcampocentrifugogenerado
por lasvelocidadestan altasdecirculacin creara un cono de aire en
el eje que normalmente se extiende hasta la apertura gua (spigot or
apex) en la base de la seccin cnica (air core) a travs del vortice
(vortex finder) y hasta la seccin de reborde o rebosamiento en la
parte superior (overflow).Para que esto ocurra la fuerza centrifuga
debe ser mucho mayor que la gravitacional. Las partculas que caen
dentro del campo centrifugo tendern a moverse hacia afuera en
funcin de la mayor densidad. Las mayores, y mas pesadas migran
rpidamente a las paredes de fuera de la seccin cilndrica y
posteriormente forzadas a caer al interior de la pared cnica. Las
partculas pequeas, sern sin embargo atradas haciadentro por el
fluido a medida que se mueven hacia el vortice (vortex finder). La
separacin slida ocurrir durante la suspensin a lo largo del
recipiente del hidrociclon, de manera que genera lodo denso en la
pared mas externa, que permite el flujo continuo del hidrociclon en
la boquilla de retraso.B. Campana tubular centrifugaLa campana
tubular centrifuga ha sido usado durante mucho tiempo antes que
otros sistemas de centrifugacin. Se basa en simple geometra: su
diseoconsisteenuntubo, cuyolargoesdevarias veces su dimetro que
rotan entre apoyos a cada lado. El flujo del proceso entra en el
fondo del centrifugador (feed suspension) y altas fuerzas Maestra
en Ciencias con mencin en Ingeniera Ambiental Pgina 32centrifugas
separan los slidos que se adhieren a las pareces de la campana,
mientras la fase liquida sale en la parte superior del
centrifugador. Debido a que este sistema carece de rechazo de
slidos, los slidos solo se pueden eliminar parando el
funcionamiento del aparato, desmontndolo y arrastrando o lavando
los slidos manualmente. Estos centrifugadores campana tubular
tienen capacidad de deshidratacin, pero capacidad limitada de
separacin de slidos. La espuma generada puede suponer un problema a
no ser que se utilicen skimmer especiales o bomba centrpeta. C.
Cmaras-campana de centrifugacinLascmaras-
campanadecentrifugacinconsisteen un numero de campanas tubulares
organizadas de maneraco-axial. Consisteenunacampanaprincipal que
tienen divisiones cilndricas insertadas que separan el
volumendelacampanaenunaseriedecmaras anulares que operan en serie.
El flujo de alimentacin entra en el centro de la
campanaylasuspensinpasaatravs delasdistintascmaras,
quevanaumentadola distancia del eje. Los slidos sedimentan en las
partes externas en las paredes de las cmaras y el liquido limpio se
extrae mediante rebosamiento en la cmara de mayor dimetro. El
sistema tambin supone una clasificacin de slidos en suspensin: las
partculas principales se depositenenlacmarainterior y laspartculas
finas en lascmaras subsecuentes. La eliminacin de los slidos
sedimentadles necesita la parada de la rotacin para su limpieza
manual.D. Centrifugador de cesta imperforadaSe usa cuando el
contenido de slidos en suspensinesmuyalto. Consistesimplemente en
una cesta o campana tambor, que normalmente rota en torno a un eje
vertical. Los slidosseacumulanycomprimendebidoala fuerza centrifuga
pero no son deshidratados. El Maestra en Ciencias con mencin en
Ingeniera Ambiental Pgina 33liquidoresidual drenaal parar
larotacin. lacapadeslidosseremuevemanualmente mediante cepillado o
retirada con pala. La descarga se puede conseguir mediante un
skimmer ytuberapararemoverelliquido residual y despus mediante la
aplicacin de una pala-cuchillo para cortar el slido formado. Esto
evita la parada del sistema para su limpieza.E.Separador de discos
El diseo mas limpio se basa en una cmaracerradaquecontieneunapila
de discos, donde cualquier slido recogido en la parte externa de la
cmara, desde donde se retiraran manualmente al parar la rotacin.
Los slidos sonextrados delacmara medianteunaseriedemtodosincluidos
las boquillas, que se abren continuamente, y que permiten la
retirada de lodo denso. En otros diseos mas complicados
boquillasconvlvulasseabrenautomticamentecuandolaprofundidaddel
slidoenla amara alcanza cierto valor, y luego se cierra cuando los
solidos han sido extrados. El diseo mas complicado, consiste en una
cmara abierta: donde las carcasas de la cmara se separan
demaneracircunferencial duranteuncortoperiododetiempo,
endondeestaapertura tambin viene condicionada por la profundidad de
los slidos en la cmara. F.Decantador 6. El decantador centrfugo es
el nico decantador que ha sido preparado para el manejo de
concentracin de slidos significativa en la suspensin de
alimentacin. Al mismo tiempo alcanza altos niveles de clarificacin
del concentrado lquido. Aunque es una maquina de diseo
complicadoestabasadoen un principio bsico. Consiste en una cmara
cilndrica horizontal (1) que rota a alta velocidad, con un tornillo
helicoidal de extraccin (2) situado co-axialmente. El tornillo se
ajusta perfectamente al contorno de la cmara, de manera que solo
permite agua clara entre la cmara y el rotador. La velocidad
diferencial entre el tornillo y el rotador es lo que provoca un
movimiento de arrastre para la recogida de los slidos, que se
acumulan en las paredes de la cmara. Maestra en Ciencias con mencin
en Ingeniera Ambiental Pgina 34Figura 071. Cono cilindro cnico2.
Tornillo Extraccin helicoidal (rotador)3. Alimentacin4.
Distribuidor5. Espacio entre anillos6. Producto de sedimentacin7.
Nivel liquido8. Zona de secado9. Liquido clarificado10. Limite
ajustamientoEl producto a ser tratado (3) se introduce axialmente
en la unidad mediante un distribuidor apropiado (4). Es propulsado
en el espacio anillo (5) que se forma en la superficie interna de
la cmara y el cuerpo del rotador. El proceso de rotacin tiene lugar
dentro de la seccin cilndrica de la cmara. La velocidad relativa
del rotador empuja los productos sedimentados (6) a lo largo de la
cmara. El arrastre de los slidos en la longitud del cono permite
los sedimentos pasar fueradelafaseliquidaclarificada. Mientras
laentradadeaguasea continua se establece un nivel liquido (7) en la
unidad siguiendo la superficie cilndrica que constituye la
superficie externa del anillo liquido. Una vez han pasado los
slidos fuera del anilloliquidolaseccinrestantedel conoproduceel
drenajefinal hastael eyector o expulsor:
estaseccinseconocecomozonadesecado(8). Elliquidoclarificado(9)se
colecta al otro extremo de la cmara mediante un flujo dentro de un
limite ajustable (10), que limite el anillo de liquido de la
unidad. Una tapa permite la coleccin del lquido clarificado y los
sedimentos y protege el rotor. Maestra en Ciencias con mencin en
Ingeniera Ambiental Pgina 35El decantador opera principalmente
mediante la sedimentacin causada por la separacin de slidos en
suspensin en funcin de la densidad del lquido donde se encuentran
suspendidos. Si la diferencia de densidad es mayor que la gravedad
esto provoca una fuerza motriz suficiente para la separacin en un
tiempo razonable. Si la densidad es pequea, o el tamao de las
partculas es pequeo, entonces la separacin por gravedad se produce
durante
muchotiempoylafuerzadeseparacindebeaumentarsemediantefuerzas
centrifugas mayores que la gravedad. 13.2Centrifugadores utilizados
en la separacin y anlisis de muestras El documento Anlisis
Instrumental de la Escuela de bioanlisis de la Universidad de Zulia
(sf), menciona los siguientes tipos de centrfugas usadas en el
bioanlisis:a.- Centrfugas de baja velocidad, de sobremesa o clnicas
(simples) Pequeo tamao. Sin refrigeracin. Mxima velocidad: 5000
rpm. til para partculas grandes (clulas, precipitados de sales
insolublesetc.)b.- Centrfugas de alta velocidad. Velocidad entre
18000 y 25000 rpm.Maestra en Ciencias con mencin en Ingeniera
Ambiental Pgina 36 Refrigeradas, algunas con sistema de vaco. tiles
en la separacin de fracciones celulares. Insuficientes para la
separacin de ribosomas, virus o macromolculas.c.-Ultracentrfugas.
Velocidad: a partir de 50000 rpm. Presentan sistemas auxiliares: de
refrigeracin, sistemas de alto vaco. 2 tipos:-Analticas: obtencin
de datos precisos de propiedades de sedimenta (s,
PM).-Preparativas: aislamientodepartculas debajoS(microsomas,
virus, macromolculas).Maestra en Ciencias con mencin en Ingeniera
Ambiental Pgina 37d.- Micrfugas: variante de las anteriores.
Velocidades altas: ms de 10000 rpm y tubos cortos. Volmenes muy
pequeos. tiles en Biologa Molecular13.3.- Centrfugas Para Procesos
QumicosDimetroCanasta(cm)ProfundidadCanasta(cm)VelocidadMxima(R.P.M.)CargaMxima(kg)Capacidaddel
Motor(C.P.)TipodeMontajeMaestra en Ciencias con mencin en Ingeniera
Ambiental Pgina 38506070253035120010009002540603/412Elstica deUn
Puntode Apoyo701001203545559008007006012018037.510Elstica deTres
Puntosde Apoyo100 45 800 350 10 ColganteXIV.- ECUACIONES DE DISEO
PARA CENTRIFUGAS14.1.- CENTRIFUGAS TUBULARESPara centrfugas
tubulares la expresin del caudal viene dada por:
,_
.ln) (102 2123ggVRRgR R L VQQ o F : velocidad volumtrica de
flujo (volumen/tiempo)L: Longitud de la centrfuga: Area equivalente
de la centrfuga ( longitud2), til para comparar distintas
centrfugasRo: Distancia radial del eje de giro a la superficie del
lquidoR1: Distancia del eje de giro a la pared del taznEn la mayora
de las centrfugas tubulares Ro R1=R por lo que la expresin anterior
se reduce a:Maestra en Ciencias con mencin en Ingeniera Ambiental
Pgina 39 .. . . . 2 .2 2ggVg R L
VQDebidoaqueaumentaconlalongitudaxial del rotor (L)
yconsudimetro(2R) y velocidad(), el
comportamientomejorautilizandorotoresmslargosomsrpidosy anchos.
Losvaloresquesepuedenconseguir deZvienenlimitadosporel material de
construccin.14.2.- CENTRIFUGAS DE DISCOSEnel
casodecentrfugasdediscos, lageometradel sistemaesdistintaalatubular
y matemticamentems compleja. LaexpresindeQparaestetipodecentrfugaes
la siguiente:cos31332.. 3cot ). ( . . . 2Dis gDgVgR R NV Q ;'
Maestra en Ciencias con mencin en Ingeniera Ambiental Pgina 40N:
nmero de discos: ngulo que forman los discos con el eje vertical de
la centrfugaEl flujo es funcin de las propiedades del caldo
contenidas en Vg, y de las caractersticasde la centrfuga contenidas
en . El Area equivalente de la centrfuga, , es una constante que
contiene slo parmetros relacionados a la geometra de la centrifuga
y a su velocidad angular (es independiente de las propiedades del
caldo). Se utiliza para efectuar comparaciones entre distintas
centrfugas y para escalamiento de equipos.XV.-TIPOS DE SEPARACIONES
CENTRFUGAS UTILIZADAS EN BIOQUMICA, BIOLGIA CELULAR Y MOLECULAR Y
EN MEDICINA.Cole-Parmer Technical Library (2003) menciona los
siguientes tipos: 15.1.- Centrfuga
DiferencialSelograproducirlaseparacinenbaseal
tamaodelaspartculasenlacentrifugacin diferencial.
Estetipodeseparacinsueleutilizarseenpeletizaciones sencillas yenla
preparacin parcialmente purade orgnulos subcelulares y
macromolculas.Para estudiar orgnulos subcelulares, se rompen los
tejidos o las clulas para que liberen su contenido. La
mezclacrudadeclulasdestruidasse conoceconel nombredehomogenato.
Durantela centrifugacin de un homogenato de clulas, las partculas
ms grandes se sedimentan ms rpido que las pequeas, lo que permite
obtener fracciones de orgnulos crudos por medio de la centrifugacin
diferencial. Un homogenato de clulas puede ser sometido a
centrifugacin enseries defuerzas-gprogresivamentemsintensasyas
generar pellets deorgnulos parcialmente puros.Maestra en Ciencias
con mencin en Ingeniera Ambiental Pgina 41Cuando un homogenato de
clulas recibe una centrifugacin de 1000 x g durante 10 minutos, las
clulas sin romper y los ncleos pesados se peletizan en el fondo del
tubo. El
supernadantepuedecentrifugarsenuevamentea10.000xgdurante20minutosafinde
peletizar orgnulos subcelulares de velocidades intermedias tales
como la mitocondria, los lisosomas ylos microorganismos. Algunos
deestos orgnulos sedimentados sepueden obtener
parcialmentepurosysuelenestar contaminadosconotras partculas. El
lavado repetitivo de los pellets por medio de la resuspensin en
solventes isotnicos y la repeletizacin puede lograr el
desprendimiento de contaminantes pequeos. La obtencin de
orgnulosparcialmentepurificadospormediodecentrifugacindiferencial
representael
primerpasoparaunamayorpurificacinenlaqueseutilizanotrostiposdeseparacin
centrfuga (separacin en gradiente de densidad).15.2.- Centrifugacin
en Gradiente de DensidadLa centrifugacin en gradiente de densidad
es el mtodo preferido para la purificacin de orgnulos subcelulares
y macromolculas. Se generan gradientes de densidad creando capas de
medios de gradientes como la sacarosa en un tubo, la capa ms pesada
en la base y la ms liviana en la parte superior en modo discontinuo
o continuo. La fraccin de clulas a separar se coloca encima de la
capa y se la centrifuga. La separacin en gradiente de densidad se
clasifica en dos categoras: Separacin zonal (en base al tamao).
Separacin isopcnica (en base a la densidad)Maestra en Ciencias con
mencin en Ingeniera Ambiental Pgina 42A.- Separacin zonal (en base
al tamao)La separacin zonal aprovecha el tamao y la masa delas
partculas enlugar desudensidadparala sedimentacin. La figura
ilustra el proceso de separacin zonal y el criterio utilizado para
que tenga xito. Lasaplicacionesmscomunesincluyen, por ejemplo,
laseparacindeorgnuloscelularestales como los endosomas o de
protenas, tales como los anticuerpos. Por ejemplo, las densidades
de los anticuerpossonmuysimilares, perolasmasasson distintas. As es
que la separacin en base a la masa separalas distintasclases,
mientrasquelaquese hace en base a la densidad no identifica estas
clases de anticuerpos.Criterios para el xito de la centrifugacin
zonal: Ladensidad de la solucin utilizada no debe ser mayor a la
menor densidad del gradiente. La densidad de las partculas
utilizadas no debe ser menor a la de los gradientes. El gradiente
debe tener una longitud de trayectoria suficiente para la
separacin. El tiempo es esencial. Si las ejecuciones son muy
largas, las partculas se peletizan en el fondo del tubo. B.-
Separacin Isopcnica.En este tipo de separaciones, partculas de una
densidad en particular se hunden durante la centrifugacin hasta que
se alcanza una posicin donde la densidad de la solucin que las
rodeaes exactamente igual aladelas partculas.
Unavezquesealcanzaeste cuasi equilibrio, la longitud de la
centrifugacin ya no influye en la migracin de partculas. Un ejemplo
comn para este mtodo es la separacin de cidos nucleicos en un
gradiente CsCl. Maestra en Ciencias con mencin en Ingeniera
Ambiental Pgina 43XVI.- EJERCICIOSEjemplo 1. Estimar la velocidad
de sedimentacin de una partcula de 5 m de dimetro y 1100 Kg. m-3de
densidad, en agua a 20 C con una viscosidad de 1.01 10-3 N.s.m-2y
una densidad de 1000 Kg.m-3 cuando: a- Sedimenta libremente b- Se
localiza en un punto R: 0.15 m y gira a 3000 rpm.d : diametro : 5 m
= 5x10-6 m S : densidad de la particular = 1100 kg/m3 : densidad
del lquido = 1000 kg/m3 : viscosidad = 1.01 x 10-3 N.s.m-2R : radio
= 0.15 mn : 300 rpm = 100 rad/sa) Sedimente libremente.gdvs g). (.
182 = ( )2 32 32 6. 8 , 9 . . 1000 1100. . 10 01 1 , 18) 10 5 ( s m
m kgm s N x xm xvg = 1,34 x 10 -6 m/s= 1,34 x 10 -4 cm/s b) Campo
centrifugo.2 32 1 3 2 622. . . 10 01 . 1 18) . . . 100 ( 15 . 0 . )
1000 1100 .( ) 10 5 () (18 m s N xs rad m m Kg m xrdvs r Vr = 2.04
x 10-3 m/s= 0,204x10-1 cm/sEjemplo 2. Centrifuga continua de Disco
para ChlorellaMaestra en Ciencias con mencin en Ingeniera Ambiental
Pgina 44Clulas de Chlorella han sido cultivadas en un estanque
abierto, las clulas sern cosechadas hacindolas pasar a travs de una
centrfuga de discos.La velocidaddesedimentacin de estas clulasha
sido medida y es de1.07 x 10-4 cm/s. La centrfuga tiene 80 discos
con un ngulo de 40, el radio externo es 15,7 cm y el dimetro
interno de 6 cm.Se planea operar la centrfuga a 6000 r/min.Estime
la cantidad de flujo que puede ser procesado en esta centrfuga.;'
gR R NV QDg. 3cot ). ( . . . 231332
,_
srad n60. . 2 s radsrad/ 2060600 . . 2
,_
Q : Flujo de alimentacin = ? L/sVg : velocidad de sedimentacin
=1.07 x 10-4 cm/sND : numero de discos = 80 : velocidad angular =
6000 r/min = 20 rad/sR3 : Radio externo = 15,7 cm.R1 : Radio
interno = dimetros interno/2 = 6 cm/2 = 3 cmReemplazando en la
ecuacin de flujo.[ ];' 23 3 24980 3) 40 cot( ) 3 ( ) 7 . 15 ( ) 20
( 80 2) 10 07 . 1 (scmcm cmsradscmx Q Q = 330.08 cm3/s = 0,33
L/s.
XVII.- IMPORTANCIADELACENTRIFUGACIONENLASEPARACINY ANALISIS DE
MUESTRASMaestra en Ciencias con mencin en Ingeniera Ambiental Pgina
45Discos31332* 3cot ) ( 2 ;' gDgvgR R Nv Q En la separacin y
anlisis de muestras: La centrifugacin es muy importante en el rea
de la salud, especficamente es utilizada para obtener suero de
sangre completa y as obtener del mismo resultados veraces. Muchos
de los anlisis no necesitan de suero y pueden realizarse
sinnecesidaddela centrifugacin,peroen el caso de los anlisis de
hormonas,qumica sangunea, electrolitos, inmunologa, serologa, entre
otros, se utiliza sta tcnica. Tambin pueden incluir la sedimentacin
de clulas y virus, la separacin de orgnulos subcelulares y el
aislamiento de macromolculas, tales como ADN, ARN, protenas o
lpidos.Enel
tratamientodeaguasresiduales:Laaplicacinmscomneslaseparacinde
sustancias slidas a partir de suspensiones altamente concentrados.
Si se usa de esta manera parael tratamientodelasaguasresiduales
seconsigueladeshidratacinycreacinde
sedimentomsomenosconsistentedependiendodelanaturalezadel
lodotratado, yla aceleracin en concentrar o aumentar el grosor de
lodo poco concentrado.XVIII. - APLICACIONES EN LA INDUSTRIA.17.1.-
INDUSTRIA DE LA CAA DE AZUCARLas centrfugas participan en la parte
final de la elaboracin del azcar, pero de ella depende de que tan
buena calidad resulte el producto. En el lavado se puede disolver
mucha azcar, por lo que este proceso requiere de mucha atencin.
Adems, dequesi alretirar el
azcardelascentrfugasconunalto%dehumedad, el producto podra echarse
a perder durante el tiempo de almacenamiento.En dado caso que el
azcar no resulte de la calidad esperada, se procede a una segunda
purga enlas centrfugas deterceras, ilustradas anteriormente.
Unavezel azcar saledela centrfuga est prcticamente lista para el
consumo.A.- La Centrfuga en la Industria Azucarera Consiste en una
canasta cilndrica y de las mallas. El canasto cilndrico de la
centrfuga, que estsuspendidodeuna flecha o huso tiene sus costados
perforados y forrados de tela metlica; entreel forroyel
costadohaylminasdemetal quecontienende400a600 perforaciones por
pulgada cuadrada (62 a 93 perforaciones por cm2)La canasta: est
diseada para recibir la masa cocida por tratar y colocada en un eje
vertical en cuyo extremo superior se encuentra el motor o la toma
de fuerza que mueve a la mquina. La canasta est perforada con
numerosos orificios que permiten el paso de las mieles,
loscualessonde7mmdedimetroyestnseparadosaproximadamente22mmentre
centros; adems estprovistadeanillos circulares
queresistenlafuerzacentrfuga; la canasta esta guarnecida con una
malla de metal que retiene el azcar y deja pasar las mieles.
Maestra en Ciencias con mencin en Ingeniera Ambiental Pgina 46Las
canastas se construyen de mayor o menor grueso, de acuerdo con la
fuerza centrfuga a laqueestarnsujetas. Lasquerecibirn
lastensionesmayoressefabricandeaceroal cromo-cobre y los aros
algunas veces de acero niquelado.La canasta est abierta en su parte
superior para permitir la alimentacin de la masa cocida y en el
fondo para descargar el azcar cuando la mquina se detiene. Cuando
la mquina esta trabajando, es decir, durante la carga y secado,
esta ultima salida permanece cerrada por un cono de lmina delgado.
La canasta est fija al eje por un cubo que ocupa la abertura del
fondo, pero que deja espacio suficiente para la descarga del azcar.
La canasta est rodeada por una envoltura para recibir las mieles y
para proteger al operador de las partes mviles. Esta envoltura
tiene una abertura en la parte superior que corresponde con la de
la canasta y que puede cerrarse por medio de dos medias tapas de
charnelaprovistasconunaperforacinatravsdelacual pasael eje.
Engeneral, se emplean varias centrfugas formando una batera y
distribuidas en una lnea. Las mallas: la amplitud del esparcimiento
no permite que la canasta est guarnecida por una simple lmina
perforada o una simple malla perforada o una simple malla:la mayor
parte de las perforaciones caeran sobre la pared lisa de la canasta
y no dejaran escapar las mieles. Por esta razn la canasta
generalmente se provee de dos guarniciones diferentes:a) Una malla
de sostn que es una tela metlica ordinaria de alambre de bronce o
de cobre de1a 1.5 mm de dimetro, con aberturas de5 a 10 mm que
sirve para separar la malla propiamente dicha de la pared de la
canasta.b) La malla propiamente dicha, diseada para retener los
cristales y que puede ser:B.- Tipos De Centrifugas de la Industria
AzucareraExisten 2 grandes tipos de centrfugas:1)Centrfuga De
Sedimentacin:Esta contiene un cilindro o un cono de pared slida que
gira alrededor de un eje horizontal o vertical. Por fuerza
centrfuga, una capa anular de lquido de espesor fijo se sostiene
contra la pared. A causa de que esta fuerza es bastante grande
comparada con la de la gravedad, la superficie del lquido se
encuentra esencialmente paralela al eje de rotacin,
independientementede la orientacin de la unidad. Las fases densas
se hunden hacia fuera y las fases menos densas se levantan hacia
dentro. Las partculas pesadas se acumulan sobre la pared y deben
retirarse continua y peridicamente.Maestra en Ciencias con mencin
en Ingeniera Ambiental Pgina 472) Centrfugas De Filtro:Estas operan
como el tambor de rotacin de una lavadoradomstica.La pared de la
canasta est perforada y cubierta con un medio filtrante, como una
tela o una rejilla fina, el lquido pasa a travs de la pared
impelido por la fuerza centrfuga dejando una torta de slidos sobre
el medio filtrante. La rapidez de filtracin se incrementa con esta
fuerza yconla permeabilidad de la torta slida. Algunos slidos
compresibles no se filtran bien en una
centrfugaacausadeladeformacin que sufren las partculas por la accin
de la fuerza centrfuga, por lo que la permeabilidad de la torta se
ve reducida considerablemente. La
cantidaddelquidoqueseadhierealosslidosdespusquestossehancentrifugado
depende tambin de la fuerza centrfuga aplicada; en general, el
lquido retenido es considerablemente menor que el que queda en la
torta que producen otros tipos de filtros.C.- Clasificacin de
Centrifugas de la Industria AzucareraDependiendo del mecanismo
utilizado para realizar su trabajo, las centrfugas se clasifican en
:1)Centrfugas HidraulicasPara este tipo de centrfuga es necesario
un litro de agua por segundo para un H.P. Cuando
lapresinseaplicaconunabombacentrfuga, statienegeneralmente,
unrendimiento propio de 0.65 a 0.80. Las bombas bien construidas,
llegan fcilmente a 0.75.Ventajas: Suconservacines simple; las
piezas quems se desgastansonlas boquillas, que se reemplazan
fcilmente. En algunos pases se ha llegado a hacerlas girar muy
rpidamente, aumentando la presin del agua y la potencia de las
bombas.Desventajas: Tienen un alto consumo de potencia por el bajo
rendimiento de la rueda Pelton. El problema anterior se acenta ms
si se les hace trabajar con compresores de accin directa, que
consumen de 35 a 40-Kg. por H.P. Su arranque es relativamente
lento. Estetipodecentrfugatiendeadesaparecer, pornocorresponderalas
exigencias de la industria azucarera moderna. Maestra en Ciencias
con mencin en Ingeniera Ambiental Pgina 482)Centrfugas DeBandaEste
tipo de centrfugas se rene en bateras movidas por un eje
longitudinal comn que, a su vez, es mandado por un motor. Los ejes
de las centrfugas son verticales y por lo tanto, la
transmisinnecesitapoleas locas paraelregresode la banda. El eje
longitudinal gira comnmenteaunavelocidaddeaproximadamenteuntercio
de lade las mquinas.El clculode lascentrfugasdebanda,sehace a
partirdel par y delaaceleracinangular, pudiendo considerarse sta
como constante durante el perodo de arranque.Ventajas: Son las
baratas de instalar. Son simples y su conservacin es fcil.
Causanalmotor pocascargasintempestivasydarunamarchasuavey
regular.Desventajas: El desgaste de las bandas es considerable Las
necesidades de potencia sin ser tan altas como las de las
centrfugas hidrulicas,son mayores que las de las centrfugas con
mando elctrico directo. Han perdido terreno en favor de las
centrfugas con mando elctrico. 3) Centrfugas De Mando ElctricoEstas
mquinas se manejan con un motor elctrico vertical, cuyo eje es
continuacin del eje de la centrfuga. El mando de la mquina se
efecta por medio de un embrague de friccin consistenteendos zapatas
dematerial flexible provistas dedos balatas defricciny
convenientemente cargado.Las zapatas estn fijas al eje del motor y
giran dentro de un tamborque a su vez estfijo aleje de la
centrfuga, resbalan al principio, arrastrando la centrfuga que gira
ms y ms rpidamente y al fin de determinado tiempo las zapatas se
adhieren completamente. La rapidez de aceleracin puede modificarse
considerablemente, modificando el peso de carga de las zapatas o
cambiando el grueso de la banda flexible de que estn
hechas.Ventajas: Cadamquinacentrfugaesindependiente, esdecir,
formaunaunidad separada. Por esta ventaja se economizan correas y
tuberas.Maestra en Ciencias con mencin en Ingeniera Ambiental Pgina
49 Si algn motor se descompone, slo se para una mquina y sta es una
ventaja contra la prdida de tiempo. El motor individual es el
arreglo que permite las ms altas capacidades, la mejor calidad del
azcar y el uso ms completo del equipo. Necesidades de mano de obra
son mnimas. La conservacin es simple; las descomposturas, las
paradas y las reparaciones de los motores, son raras.Desventajas:
Este tipo de centrfugas son bastante caras. Su motor disminuye el
factor potencia.4) Centrfugas BachesLas partes ms importantes de
este tipo de centrfugas son:1- Canasto: tambin llamado drum. La
porcin cilndrica esta perforada con hoyos de 1/8.Lapartesuperior
tieneunlabioslidoel cual fijael espesor delamasa,
normalmenteoscilaentre7y10pulgadas. Laparteinferior es
slidaconhoyos para descargar el azcar, este hoyo puede tener una
vlvula para cierre durante el ciclo.2-Tumbador:
esunmecanismodedescargaqueactaneumticamentequeposeeuna cuchilla que
raspa el azcar en el canasto.3- Eje: el canasto se une al eje
central en el fondo.El eje conecta el canasto con el motor.4-
Bearing: Toda la parte rotativa esta soportada sobre los
bearings.5- Switch6- Envolvente7- CedazosVentajas: Ofrece un buen
lavado de la masa cocida. No ofrece rotura de cristales. Produce
azcar de baja humedad. Bajo consumo de energa.Desventajas:
Requerimientos de mantenimiento considerables. Costo de operacin y
capital altos.Maestra en Ciencias con mencin en Ingeniera Ambiental
Pgina 505) Centrfugas Continuas:Este tipo de centrfuga gira a
velocidad constante, por tal razn usa menos controles. Esto hace
que el costo de mantenimiento sea menor.El canasto es cnico con
ngulos entre 30 y 34grados. Estengulopermiteal cristal
deazcarsubiryserdescargadoenlaparte superior del canasto debido a
la fuerza centrfuga. La alimentacin debe colocar el flujo de masa
en el centro del canasto y producir una capa uniforme en la parte
inferior del canasto.Los cedazos son similares a los de las
centrfugas bache pero tienen las siguientes diferencias: El cedazo
debe estar fijo al canasto. El tamao de los hoyos es diferente. El
cedazocontinuosufredesgasteproducidoporel azcar ydebeser cambiado
peridicamente.Debido a que el azcar sube a travs del screen, los
cristales se rompen produciendo cristales de diferentes tamaos.
Ventajas: Bajo requerimiento de personal para su manejo. Poca
necesidad de mantenimiento. Bajo costo de capital y
operacional.Desventajas: Alto consumo de energa elctrica. Pobre
lavado de masa cocida. Alta rotura de cristales.Dependiendodes
lacentrfugaosupartegiratoriatengaunaparedslida, unapared perforada
o una combinacin de ambas, estas se clasifican en: Tipo botella
Tubulares Tipo disco Tipo vacuuma) Centrfuga Tipo Botella:Maestra
en Ciencias con mencin en Ingeniera Ambiental Pgina 51Es un
separador tipo lote, el cual es usado primordialmente para
investigaciones, pruebas o controles.La separacin toma lugar en un
tubo de ensayo o en un envase tipo botella, el cual es
simtricamente montado en una vara vertical.La vara de una centrfuga
de este tipo estausualmentedirigidaporunmotorelctrico, turbo-gas,
oporunmecanismodetren dirigido manualmente localizado encima o
debajo del rotor. En la mayora de los casos, las botellas son
sostenidas por envases de metal bastante fuertes, detal
modoquesuejeseaperpendicular al ejederotacin,
yalgunascentrfugastipo botella, los tubos de ensayo o botellas estn
inclinadas a un ngulo de 37 al eje de rotacin, a fin de reducir la
distancia a la que el material debe ser colocado.Este tipo de
centrfugas es un equipo estndar para la mayora de los laboratorios
biolgicos, qumicosomdicos.
Sonusadosparasepararmaterialesslidosensuspensinopara clarificar
lquidos cuando las precipitaciones no suceden en un tiempo
razonable en el campo gravitatorio.b) Centrfugas Tubulares:Las
centrfugas tubulares son usadas mayormente para la separacin
continua de lquidos de otros lquidos o de partculas muy finas de
lquidos. En general, son usadas cuando se requierenaltos
requerimientos decentrifugacin. El taznrotatoriodeunacentrfuga
tubular consiste en un largo tubo hueco.Para separacin continua, el
material a centrifugar es introducido en el extremo cerca del eje.
En muchos casosla separacin no es completa y se debe pasar el
material varias veces a la mquina. Estas centrfugas son movidas por
un motor de alta velocidad o una turbina de aire o vapor. La
sedimentacin toma lugar como un fluido que fluye desde un extremo
del tubo al otro. Cuando el material consiste en pequeas partculas
o molculas y la concentracin es muy baja, el material
slidoesusualmentedejado depositarseenlapared. En estecaso, la
maquina es operada como una centrfuga por lote.Las centrfugas
tubulares se usan en un sinnmero de aplicaciones, tales como:
purificacin de vacunas (vacunas no centrifugadas contienen gran
cantidad de materiales no esenciales y dainos;purificacin de
aceites de lubricacin e industriales; clarificacin y purificacin de
productos alimenticios tales como aceites esenciales, extractos y
jugos de fruta; separacin de lquidos inmiscibles que no pueden ser
separados por gravedad.c) Centrfugas Tipo Disco:Maestra en Ciencias
con mencin en Ingeniera Ambiental Pgina 52Consiste en una pila de
discos delgados en forma de conos.La sedimentacin toma lugar
endireccinradial enel espacioentrelosconosadyacentes.
Lacentrfugatipodisco usualmenteoperaenformacontinua. Estas
centrfugas sonusadas paraseparacinde lquidos en los cuales el slido
o componentes inmiscibles que estn en bajas concentraciones.
Sonusadasparalapurificacindeaceites combustibles, parael
aprovechamiento de aceites usados de motores, y para refinacin de
aceites vegetales.d) Centrfugas Tipo Canasta:Estas centrfugas son
llamadas a menudo centrfugas filtro o clarificadores.Tienen una
pared perforada y un rotor tubular cilndrico.En la mayora de los
casos para pared externa la centrfuga consiste en una fina malla
metlica o una serie de mallas soportadas por una pesada malla
gruesa, la cual a su vez es soportada por un plato.El lquido pasa a
travs de la malla, y las partculas muy largas se depositan en esta.
Estas centrfugas son empleadasen la manufactura de caa de azcar, en
el secado de ropa en lavadorascaseras yenel
lavadoysecadodediferentes tiposdecristales ymateriales fibrosos.e)
Centrfugas tipo vacuum:En estas centrfugas, el rotor gira en aire o
algn otro gas a presin atmosfrica. La friccin gaseosaen el rotor
giratorio aumenta a un promedio relativamente alto, tal as que la
energa requerida por el motor aumenta tambin. Esto da como
resultado que la temperatura del rotor aumenta drsticamente,
algunas veces excediendo el punto de ebullicin del agua.Estas
centrfugas pueden ser usadas para la determinacin de pesos
moleculares de prcticamente todas las sustancias en
solucin.D.-Principio de funcionamiento del equipoEl operador
arranca la mquina y carga la canasta, es decir, introduce la
cantidad deseada de masa cocida.La fuerza centrfuga hace que la
masa cocida suba por la pared exterior de la canasta y, mientras
que la malla detiene al azcar, expulsa el licor madre.Este escurre
hacia la envoltura y se recoge del fondo de ella dirigindose a un
canal que va en la parte trasera inferior y a lo largo de la
batera.Las dimensiones de las centrfugas se caracterizan por dos
medidas principales:1. El dimetro interior de la canastaMaestra en
Ciencias con mencin en Ingeniera Ambiental Pgina 532. La altura
interior de la canasta.Un factor tan importante como las
dimensiones, desde el punto de vista de la capacidad de las
centrfugas, es la velocidad. La velocidad y el dimetro son los
factores que determinan la fuerza centrfuga, es decir, la fuerza
necesaria para eliminar las mieles durante la centrifugacin.Si se
considera una centrfuga de un dimetro dado y se vara su velocidad,
se obtendr un secadomsrpidoymscompletoamedidaquelafuerzacentrfuga,
yporlotantola velocidadderotacin, seamayor. Enotras palabras, si
unacentrfugatrabajaauna velocidadmsaltaqueotra,
ambasidnticasycentrifugandolamismamasacocida, la mquina que trabaja
a una velocidad mayor terminar su secado antes que la otra.No debe
suponerse que la marcha a la velocidad de operacin es el nico
factor importante en el curso de la centrifugacin. Las otras fases
del proceso ocupan una parte sustancial del ciclo de operacin, que
es mayor en masas cocidas de alta pureza que en masas cocidas de
baja pureza y es notablemente ms alto en los ciclos ms rpidos.Los
factores que influyen en el tiempo de la centrifugacin son: La
viscosidad de las mieles, es decir, de su temperatura, densidad y
pureza El tamao y la regularidad de los cristales. La rapidez de
aceleracin de la mquina, es decir, el tiempo necesario para
alcanzar la velocidad de operacin. La fuerza centrfuga desarrollada
por la centrfuga en su velocidad de operacin.La capacidad de
trabajo o la produccin de azcar de una centrfuga, depende de dos
factores principales:a)
Elcontenidodelacanastaenvolumendemasacocida: lacual
puedeexpresarseen volumendemasacocidaoenpesodeazcar. El
volumendemasacocidadepende principalmentedel:rea dela tela de la
centrfuga y del grueso de la capa de masa cocida.b) La duracin del
ciclo:de los factores que dependen de la caractersticas de la
mquina son: La fuerza centrfuga desarrollada a la velocidad de
operacin. La velocidad de la aceleracin, y en menor medida: La
rapidez de freno y de descarga.Maestra en Ciencias con mencin en
Ingeniera Ambiental Pgina 54En las centrfugas hay dos potencias que
deben considerarse:a) La potencia del arranque o potencia
necesariadurante el perodo de aceleracin.b) Potenciadurante la
operacin.Esta ltima es evidentemente mucho menor que la primera,
porque corresponde nicamente al mantenimiento de la velocidad,
mientras que la potencia para el arranque corresponde al gasto de
energa necesaria para llevar a la centrfuga de la inmovilidad a la
velocidad de operacin, confirindole as una fuerza cintica
considerable.E.-Proceso donde participa el equipoEn las masas
cocidas de alta pureza, el azcar en la centrfuga se lava con agua y
luego con vapor, o con vapor nicamente. Maestra en Ciencias con
mencin en Ingeniera Ambiental Pgina 55La doblepurgaes un
procedimiento para la separacin del azcar, que slo se usa en la
fabricacin del azcar blanco.Consiste primero en purgar la masa
cocida en una batera de centrfugas, sin lavarla. Las mieles que se
obtienen son entonces pobres o pesadas. El azcar se descarga en un
mezclador localizado bajo stas, en donde se mezcla con mieles de
alta pureza para formar una masa cocida. De aqu se manda al
mezclador distribuidor de una segunda batera de centrfugas
llamadasde afinado, en donde se purga y se lava con agua y
vapor.Las mieles obtenidas son ricas o ligeras.Para que la
centrfuga pueda realizar un buen trabajo depende de: La uniformidad
del tamao del grano. Viscosidad del licor madre.Cuando el grano no
es uniforme, la centrifugacin puede ser muy difcil. En este caso, y
si la mquina lo permite, la aceleracin debe hacerse lenta y
gradual.Algunas centrfugas disponen de descarga automtica, las
cuales estn abiertas en el fondo de la canasta y provistas de:Un
disco diseado para recibir la masa cocida y distribuirla en el
interior de la canasta: sin este disco, la masa cocida caer
directamente, a travs de la canasta al conductor de azcar.Un fondo
de pendiente notablemente mayor que la pendiente de las centrfugas
de descarga a mano. Este generalmente tiene:- para altas purezas
45- para bajas purezas 60En las centrfugas automticas la descarga
del azcar se asegura por un dispositivo especial o arado.17.2.-
INDUSTRIA
LACTEALaseparacincentrifugaesunaoperacinusadamuyamenudoenlaindustrialechera.
Algunos usos incluyen: clarificacin(remueve impurezas slidas de
leche antes de la pasteurizacin) desnatando (separacin de la crema
de la leche) estandarizando separacin del suero (separacin de crema
del suero (grasa) del suero) bactofugacin (la separacin de
bacterias de leche) la separacin del quark (la separacin de cuajada
del quarg del suero) la
purificacindeaceitedemantequilla(laseparacindefasedesuerodegrasadeleche
anhidra). Principios de Centrifugacin Maestra en Ciencias con
mencin en Ingeniera Ambiental Pgina 56El centrifugacin se basaenla
ley de Stoke. La velocidad de sedimentacin de partcula aumenta con:
dimetro creciente. diferencia creciente en densidad entre las dos
fases. viscosidad decreciente de la fase continua.Sisepermitieran
leches crudas estar quietas, los glbulos grasos empezaran a subir a
la superficie en un fenmeno llamado descremado. La leche cruda en
un recipiente giratorio tambin tiene fuerzas centrifugas que actan
sobre esta. Esto permite separacin rpida de grasa de leche de la
leche desnatada porcin y remueve las impurezas slidas de la leche.
Separacin Pueden usarse centrfugas para separar la crema de la
leche desnatada. La centrfuga consiste de unos 120 discos apilados
juntos en ngulo de 45 a 60 grados y separados unos 0.4 a 2.0 mm o
canales de separacin. Se alimenta leche al borde exterior de la
pila del disco. La pila de discos han sido distribuidos
verticalmente alineados de tal forma que se permita la entrada de
la leche. Bajo la influencia de fuerza del centrfugo los glbulos
grasos (crema), qu son menos denso queel lalechedesnatada, iraal
centrooejederotacinatravs deloscauces dela separacin . La leche
desnatada se mover hacia la parte mas externa del juego de discos.
Clarificacin Pueden hacerse separacin y clarificacin al mismo
tiempo en una centrfuga. Partculas que
sonmsdensasquelafasedelechecontinua,sevaatrsalpermetro.
Losslidosque recogen en la centrfuga consisten de suciedad, clulas
epiteliales, leucocitos, corpsculos, sedimento bacteriano y lodo.
La cantidad de slidos que se recogen variar, sin embargo, debe
retirarse de la centrfuga.
Lascentrfugasmsmodernassonautolimpiadoraspermitiendounprocesodeseparacin
/clarificacin continuo. Este tipo de centrfuga consiste en un
cuenco especialmente construido con hendeduras de descarga
perifricas. Estas hendeduras se mantienen cerradas bajopresin.
Conuncambiomomentneodepresin, paraaproximadamente0.15s, se
evacanlos contenidosdesedimento. Estopuedesignificar
de8a25Laliminadosa intervalos de 60 min. Para una lechera, el
sistema autolimpieza produjo una prdida de 50 L/hr de leche.
Maestra en Ciencias con mencin en Ingeniera Ambiental Pgina
57Estandarizacin Los flujos de leche descremada y crema despus de
la separacin debe ser recombinada a un contenido graso
especificado. Una estandarizacin directa de la crema y leche
desnatada es automticamente remezclada en el separador
proporcionando la cantidad de grasa deseada. 17.3.- MATADEROS,
CURTIEMBRES, E INDUSTRIA PESQUERACentrfuga, mod. CCSEsta centrfuga
lleva a cabo la separacin de los slidos suspendidos. El efluente
entra en el rotor girando con 1.400 rpm y separa los slidos con
peso especfico alto (p.ej arena) por fuerza centrfuga que se
descargan en forma de lodo en la salida del cono. Se recomienda el
usodelacentrfugaencombinacinconlaprensadetornillosinfnNOCK,
staltima siempre es la primera etapa en el sistema de tratamiento
de aguas residuales. En curtiembres la centrfuga sirve para separar
el contenido de la cal (CaCO3) del efluente. 17.4.-
GALVANOPLASTIADimetro Canasta (cm)Profundidad Canasta (cm)Velocidad
Mxima(R.P.M.)Carga Mxima (kg)Capacidad del Motor (C.P.)Tipo de
Montaje4050602530307507006002535503/412Elstica deUn PuntoDe
ApoyoMaestra en Ciencias con mencin en Ingeniera Ambiental Pgina
58Procesosde Fundicin El
procesodecentrifugacindepiezasnoesunmtodonuevo, aunquesusparmetros
actualmentesiguensiendoestudiados, yaquealgunosdeellosan
sonunaincgnitaen cuanto a su contribucin en calidad y resistencia
mecnica en la pieza metlica centrifugada, Tcnicamente hablando
acerca de las ventajas que ofrece la centrifugacin,estn orientadas
con la capacidad de generar altas presiones durante la
solidificacin y que se obtienen mediante la aplicacin de altas
velocidades de rotacin del molde, la pieza fundida por
centrifugacin adquiere altas propiedades mecnica hasta treinta por
ciento de
incrementoencomparacinconlaobtenidamediantemtodosdecoladoporgravedad,
adems que la calidad que se obtiene es muy estable, lo que hace de
este un mtodo muy
acertadoparalaobtencindepiezasfundidassinnecesidadderecurrir
amquinasde inyeccin que son de alto costo y consumen mucho ms
energa para realizar la inyeccin de
losmetalesencmarafraocmaracaliente.
Acontinuacinsetieneunatablaconlas ventajas del mtodo de
centrifugacin con respecto al mtodo convencional por
gravedad.Secaracterizanporsualtadensidad, especialmente
enlasregionesexternasde lapieza, donde la fuerza es ms grande._ La
alta velocidad de rotacin del molde genera fuerzas centrfugas que
impulsan al metal a tomar la forma de la cavidad del molde._ La
forma exterior de la fundicin puede ser redonda, octagonal,
hexagonal o cualquier otra._ La forma interior de la fundicin es
perfectamente redonda debido a la simetra radial de las fuerzas en
juego. La orientacin del eje de rotacin del molde puede ser
horizontal o vertical (la ms comn).Maestra en Ciencias con mencin
en Ingeniera Ambiental Pgina 59En la fundicin centrifuga verticalel
efecto de la gravedad que acta en el metal lquido causa que la
pared de la fundicin sea ms gruesa en la base que en la parte
superior. El perfil interior de la fundicin tomar una forma
parablica.La formacinbajo altas presiones que las gravedades
combinan con la solidificacin direccional sondos caractersticas que
sonnicas en el procesode centrifugacin, el producto exhibe una
estructura granular ms fina y compacta adems de la alta densidad,
sin absolutamente ninguna porosidad.Porcausadelauniformidaddel
tamaodegrano, laspropiedadesfsicastalescomoel esfuerzoalatensin, el
esfuerzoalafluencia, elongacin, reduccindel rea, yotras propiedades
deseablessonmejoradas hasta un 30% sobre los mtodos convencionales
de fundicin tanto esttica como por gravedad.Debido a la alta
confiabilidad y vida de los componentes producidos usando este
proceso, el costo total sobre la vida del producto final es mucho
ms bajo debido a su vida ms extensa, bajas situaciones de falla
adems de menos mantenimiento.Mientras el metal es fundido, las
fuerzas centrifugas distribuyen el metal contra las paredes del
molde con grandes fuerzas, de ese modo desplaza los xidos e
impurezas ms ligeras causndoles que se coloquen en la superficie
interior del cilindro que est siendo fundido. Los xidos e impurezas
son fcilmente removidos en el proceso de
maquinado.Elprocesodecentrifugacinpermiteuna produccin econmica de
diversidad de rangos tanto en tallas como en formas y cantidades.
Esto convierte a este mtodo en uno ampliamente usado para crear
distintas formas, con propiedades mecnicas elevadas y costos de
produccin relativamente bajos.Aunquelos efectos
delacentrifugacinsobrelas piezas fundidas nosonenteramente
conocidos, sepuedeasumir quelos efectos enla piezafundidapodranser
divididos mediante ciertos parmetros como: Presin centrifugaMaestra
en Ciencias con mencin en Ingeniera Ambiental Pgina 60 Vibracin
intrnseca del proceso Dinmica de los fluidosEl efecto centrfugo no
es tan elevado para causar un cambio en lasolidificacin debido a la
alta presin como en otros procesos de fundicin por presin. Cuando
el efecto de diferentes densidades de una aleacin existe es
esperado que haya una composicin qumica diferente o por lo menos
diferente concentracin de fases a lo largo de una direccin de la
pieza fundida y las resultantes propiedades mecnicas como el
esfuerzo de tensin Aunque la vibracin no est directamente asociada
con el proceso de centrifugacin de piezas fundidas, es siempre
asociado con el proceso de centrifugacin debido a la inherente
vibracin de los equipos.As, es importante tener en consideracin que
esto podra tener repercusin en las propiedades mecnicas y
metalrgicas de la pieza fundida. El efecto eventual de la vibracin
tendra un incremento en el acrecentamiento del conjunto de
propiedades mecnicas de la pieza fundida debido al refinado tamao
de grano.17.5.- EXTRACCION DE ACEITES POR CENTRIFUGACION En la
actualidad, el proceso de extraccin del aceite de oliva virgen
llevado a cabo en una almazaraserealizamedianteel
sistemacontinuodecentrifugacinendosotresfases. Despus de molida y
batida la pasta, se realiza una centrifugacin (a la que se puede
aadir agua o dejarla tal cual), segn el nmero de salidas del
decnter se dice que el sistema es de dos o tres fase. Maestra en
Ciencias con mencin en Ingeniera Ambiental Pgina
61Lascentrfugasseutilizanpara separarpartculasfinas ypequeas gotas
de lquidos. La ecuacin del movimiento de una partcula que se
desplaza en un fluido bajo la accin de un campocentrfugo,
serparecidaaladel desplazamientodeunapartculaenuncampo
gravitatorio, exceptuandoquela aceleracin de la gravedad,g, debe
ser sustituida porla aceleracin centrfuga, r w 2, donde r es el
radio de giro y w es la velocidad angular.La velocidad de
sedimentacin de las partculas ser mucho mayor en una centrfuga que
en un campo gravitatorio. Un coloide o una emulsin pueden ser
completamente estables bajo laaccinordinariade lagravedad,ya que en
estas condiciones las fuerzas de dispersin originadas por el
movimiento browniano son mucho mayores que las fuerzas de gravedad.
Sin embargo, en una centrfuga el coloide, o la emulsin pueden
destruirse completamente ya que la fuerza centrfuga puede superar
los efectos de las fuerzas de
dispersin.Larelacinentrelaaceleracincentrfugayladelagravedad(rw
2/g) constituyeuna medida del poderde separacin de una
centrfuga.Esta relacin puede tener un valor de hasta
104.Undecantador centrfugoconstadeunrecipientecilndrico,
queengeneral secoloca horizontalmente, y que gira alrededor de un
eje a gran velocidad.Cuando el aparato est en funcionamiento, la
alimentacin se introduce de forma continua. La descarga del lquido
ligero se hace a travs de un orificio prximo al eje; y el lquido
pesado pasa por debajo de una placa anular perpendicular al eje de
rotacin y descarga en una posicin ms alejada del eje. Si la
resistencia de friccin al flujo de los lquidos que salen del
recipiente es despreciable, la posicin de la interfase
lquido-lquido se establece en
funcindeunbalancehidrostticoylasalturasrelativas(distanciaradial al
eje) delas salidas. Maestra en Ciencias con mencin en Ingeniera
Ambiental Pgina 62De esta expresin se puede obtener el valor de r2,
distancia de la superficie de separacin de los lquidos al eje de
giro de la centrfuga en funcin del radio de la represa por donde
sale el lquido ms pesado, rw, y el radio de la superficie del
lquido ligero r1:Por otra parte, del anlisis terico de la separacin
de las fases slida-lquida por decantacin centrfuga, y basndonos en
la hiptesis de que el tiempo de sedimentacin y el tiempo de
retencin (tr) deban ser iguales; se tiene que el tamao de partcula
que tiene una probabilidad del 50% de depositarse viene dado por la
expresin:En esta ecuacin se han introducido dos coeficientes kh y
ks , para considerar el elemento diferencial de la fuerza de
rozamiento cuando acta sobre una partcula slida, o una gota de
lquido, kh, y la sedimentacin impedida debida a la concentracin de
slidos en suspensin, ks.OTRAS INDUSTRIASINDUSTRIA DE
HIDROCARBUROSINDUSTRIA LACTEAINDUSTRIA METALURGICAOBJETIVOReduccin
de consumo de combustiblesfsilesydisminuirlas emisiones
contaminantes a laatmsfera.Separar la leche en 2 fases: 1 fase
ligera o leche desanatada y 1 fase ms densa o nata.Moldeo de formas
sencillasMaestra en Ciencias con mencin en Ingeniera Ambiental
Pgina 63MAQUINARIAMAQUINARIACondensador, Acumulador/Decantador,
Centrfuga de cmara y disco, la cmara con numerosos conos metlicos
(muy cercanos) que giran con la cmara y discos con agujeros
coincidentes (canales x donde fluye la mezcla)Moldeadores
centrfugosPROCEDIMIENTOEl residuo que llega a las instalaciones, se
descarga a travs de unas cribas para evitar que los objetos
voluminosos lleguen al resto de instalacin. Generalmente se
favoreceel procesodedecantacin aprovechando calor residual del
propio proceso. El producto se enva desde los tanques a la
instalacin de centrifugacin mediante bombas.Tras este paso, el
producto pasa a la primeraetapadecentrifugacin. Se emplea para ello
un tricanter horizontal de tres fases. El equipo consta de un
tambor giratorio con un tornillo sinfn en su interior. Los
slidossedisponenrpidamenteen el exterior del tambor y son
empujadosporeltornillohaciauno de los extremos de salida. El agua y
el hidrocarburosonseparadosenel otro extremo de la mquina, dado
quepor sus distintas densidades el aguasesitaenla zona exterior de
lasmismasyel hidrocarburoenla zona interior. la cmara es alimentada
por el fondo a travs de un tubo central que lleva la mezcla al
centro de la maquinaria donde por fuerza centrfuga la fase ms densa
se desplaza a la paredes yluegohaciaabajo ylafasemsligera
sedesplazahaciael centro y fluye a travs delosdiscos hacia arribaEn
el moldeo centrfugo se emplean moldes de arena, escayola, cemento,
carbn o acero y se obtienen piezas de muy diversas aleaciones, no
se necesitan machos y la parte interior de la piezamoldeadaexige el
mecanizado para eliminar la escoria y la porcin impurificada del
metal moldeado. Este mtodo tiene las desventajas de la limitacindel
tamao y formas adaptables a l y el coste e instalacin de las
maquinas centrfugas.Maestra en Ciencias con mencin en Ingeniera
Ambiental Pgina 64PROCEDIMIENTOEl objetivo de esta etapa es
eliminar la mayora de slidos y de agua. Es importanteenestafase
queel agua arrastre relativamente poco hidrocarburo, para que el
posterior tratamiento de depuracin sea efectivo. El fuel separado
todava contiene del orden de un 15-20% de agua, por lo que tras
volver a calentar el residuosealimentaalasegunda etapa de
centrifugacin. sta tiene lugar en una centrifuga vertical
convencional, enlaqueseafinael producto obteniendo un fuel de
salida con menos de un 1% de agua y slidos en conjunto.Las piezas
obtenidas por centrifugado pueden aumentar en un 20 % su
resistencia a traccin, en comparacin con las del mismo material
moldeadas por los procedimientos de solidificacin reposada y tambin
presentan un mayor alargamiento.FUERZA CENTRIFUGAFuerza centrfuga
normal desde el centro hacia los lados, la actuacin es una sola.la
fuerza centrfuga acta directamente sobre los separadores mecnicos
(cmara) aumentando el empuje gravitacional, aumentando as la
diferencia de densidades y pesos de la grasa de la leche (fase
densa)PROCESOMATERIA PRIMADisolventes orgnicos se clasifican en
tres categoras: hidrocarburos, oxigenados y halogenados.leche
Metales diversosRESULTADOHidrocraburos libres de agua (menos de
1%)Leche desnatada y nata, posibilidades de utilizar algunos
residuos como aditivos nutricionales para animales.Piezas
cilndricas y otras de tamao pequeo con mayor resistencia a
traccin.DERIVADO/ RESIDUOAgua y slidos en conjunto. restos de
nataEscorias y porcin impurificada del metal
moldeadoECUACIONESECUAC. 01 l = (1 + (a' b' T + c' T2 d' T3) 104)
103 [4.1.1], siendo T en C y a',b',c',d' los coeficientes segn su
composicin Maestra en Ciencias con mencin en Ingeniera Ambiental
Pgina 65IMPACTO AMBIENTALel hacer recuperacin de hidrocarburos ya
utilizados nos permite utilizar lo mximo posible el recurso y con
ello aminorar un poco laexplotacinparala obtencin del mismo, lo que
implicara una menor impacto a menos explotacin.el proceso no es
agresivo al medio ambiente y por el contrariopermiteel mayor
aprovechamiento de la leche lo que al igual que en hidrocarburos
con estotenemosmenor consumo de recursoContaminacin por metales si
hay mala disposicin de los residuos o no hay
reutilizacin.OBSERVACION Laseparacindela particin estar sujeta a
variaciones por velocidad del giro del motor, la temperatura de la
leche yla posicin del separadorXIX.- CONCLUSIONES La centrifugacin
es una tcnica de separacin de partculas que se basa en la distinta
velocidad de desplazamiento de las partculas en un medio lquido al
ser sometidas a un campo centrfugo. Cuando se centrifuga una
solucin, se rompe la homogeneidad y se produce la separacin del
soluto y del disolvente. Existen dos clases de sedimentacin: a)
Centrifugacin Analtica y b) Centrifugacin Preparativa. La
centrifugacin analtica, estima propiedades fsicas (coeficiente de
sedimentacin o peso molecular) de alguna partcula en concreto: sus
propiedades hidrodinmicas. La Centrifugacin Preparativa: su
objetivo es aislar partculas especficas. Existen dos mtodos de
separacin en centrifugacin preparativa: diferencial y en gradiente
de densidad. Una centrifuga es un dispositivo para separar
partculas en una solucin de acuerdo a su tamao, textura, densidad,
viscosidad del medio y velocidad del rotor. Las partes que componen
a una centrfuga son: rotor, motor, cmara de vaco, control de
velocidad, tiempo y temperatura.Maestra en Ciencias con mencin en
Ingeniera Ambiental Pgina 66 La centrifugacin cumpleun rol
importante en el rea de salud en la separacin y anlisis de muestras
como hormonas, qumica sangunea, electrolitos, inmunologa, serologa,
entre otros. La centrifugacintambines usadoenla
sedimentacindeclulas yvirus, la separacin de orgnulos subcelulares
y el aislamiento de macromolculas, tales como ADN, ARN, protenas o
lpidos. La centrifugas garantiza la separacin mecnica de diferentes
fases lquidas y solidas, en forma rpida y en continua que se aplica
endiferentes procesos industriales que por el mtodo de sedimentacin
por gravedad.XX.- REFERENCIAS BIBLIOGRFICAS Belter P., Cussler E.L.
andHuWei Shou"Bioseparations : Dowstream Processing for
Biotechnology":, John Wiley and Sons , 1988. Doran M." Bioprocess
Engineering Principles", Academic Press, 1995. Seoanez Mariano.
1998.Ecologa Industrial. Editorial Mundi-Prensa. 2da.
Edicin.Espaa.522 pp Tejeda, R.M.Montesinos,
R.Guzmn"Bioseparaciones", Editorial Unison, 1995.Maestra en
Ciencias con mencin en Ingeniera Ambiental Pgina 67