Reporte de la Practica 1 Lab de biosepaciones PDF

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Centrifugación...

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INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL UNIDAD PROFESIONAL INTERDISCIPLINARIA DE BIOTECNOLOGÍA = LABORATORIO DE BIOSEPARACIONES = Práctica No.1-Centrifugación. 6AM1 Integrantes:

Bonilla Sanchez Jose Antonio Lopez Gonzalez Abril Johana

Rodriguez Valentin Karla Maria

Ramos Hernandez Carlos Alan

Solis Hernandez Misael Antonio Profesores: Marìa EsperanzaNateras Rueda Jorge Fernandez Yañez FUNDAMENTOS

La centrifugación es una decantación selectiva de los componentes insolubles de una mezcla bajo condiciones de gravedad artificial, se basa principalmente en propiedades físicas de las partículas como es el tamaño, la densidad, o en la viscosidad del fluido. El centrifugado es un método basado en la fuerza centrífuga que da origen a una serie de revoluciones lo que hace que exista una separación entre sólido- líquido o bien sólidosólido (Mc Cabe et al., 2007) La centrífuga de discos consta de un eje vertical sobre el cual se monta un conjunto de discos en forma de conos truncados, uno sobre otro. Los discos constan de bordes internos que permiten mantener pequeñas separaciones entre ellos (0.5 a 2.0 mm). El ángulo que forman los conos con la vertical varía entre 35 y 50◦ dependiendo de la aplicación. Entre la pila de discos y el tazón se permite la acumulación de los sólidos. Durante la operación, la suspensión es alimentada continuamente en el fondo del tazón a través de la parte central de la flecha, y fluye hacia arriba entre las placas hacia la salida en la parte central superior del equipo. Debido a la fuerza centrífuga los sólidos se depositan en la cara interna de los discos, resbalando hacia la cámara colectora debido al ángulo de los discos. (Tejeda et al, 2011).

Figura 1. Centrífuga de discos. a) Esquema de diseño y b) Pila de discos. Las centrífugas tubulares consisten básicamente de un tubo vertical esbelto que gira a altas velocidades por la acción de un motor eléctrico, o una turbina de aire o vapor. Este tipo de centrífuga es una de los más eficientes y sencillos, capaz de separar partículas hasta de 0.1 mm. La suspensión es alimentada por la parte inferior y los sólidos sedimentan en la pared del tubo. El líquido claro se recolecta por rebosamiento en la parte superior. Un modelo típico de laboratorio consta de un tubo de 4.5 cm de diámetro por 25 cm de longitud, el cual puede girar a una velocidad de hasta 50 000 r.p.m., desarrollando campos de hasta 62 000 g, con una capacidad de hasta 100 l/h. (Montero) Las centrífugas tubulares se usan en un sinnúmero de aplicaciones, tales como: purificación de vacunas ( vacunas no centrifugadas contienen gran cantidad de materiales no esenciales y dañinos; purificación de aceites de lubricación e industriales; clarificación y purificación de productos alimenticios tales como aceites esenciales, extractos y jugos de fruta; separación de líquidos inmiscibles que no pueden ser separados por gravedad. (Mercado, 2014).

Figura 2. Esquema de la centrífuga tubular Algunos usos típicos son: la purificación de vacunas (las vacunas no centrifugadas contienen una gran cantidad de material no esencial y nocivo), purificación de aceites lubricantes e industriales, clarificación y purificación de productos alimenticios como aceites esenciales, extractos y jugos de frutas,separación de líquidos inmiscibles que no pueden separarse por gravedad, entre otras cosas.

OBJETIVOS OBJETIVO GENERAL. Desarrollar habilidades en el manejo de un equipo centrífugo, así como discutir las variables que afectan en la obtención de un producto.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS. ■ Reconocer los elementos que componen una centrífuga de discos. ■ Evaluar el factor centrífugo y factor sigma de la centrífuga de discos y compararlos con datos empíricos. ■ Obtener el rendimiento, productividad y porcentaje de recuperación del producto de interés, y explicar los factores que afectaron en estos valores.

DIAGRAMA DE FLUJO DE PROCESO

Centrífuga tubular

CLAVE

Punto de balance

Flujo en masa (kg/s)

Presión (Kpa)

Temperatura (°C)

Centrífuga de discos

CLAVE

Punto de balance

Flujo en masa (kg/s)

Presión (Kpa)

Temperatura (°C)

RESULTADOS

Tabla 1.Resultados de sedimentación datos experimentales

Tiempo(s)

Altura(m)

0

0

300

0.005

600

0.01

900

0.015

1500

0.015

1800

0.018

2100

0.02

2400

0.02

Gráfica 1.Relación de porcentaje de Sólidos VS. NUT

Nota: Los tiempos fueron proporcionados por los profesores de experimentos previos. El flujo se obtiene de la experimentación de la bomba centrífuga a una velocidad establecida , donde se mide el volumen y el tiempo en el que se llega al volumen [300 mL] y con estos datos se conoce el flujo de alimentación o caudal.

Tabla 4.Características de centrífuga.

ELEMENTO

DESCRIPCIÓN

Centrífuga de Discos

Westfalia Separator AG tipo TA 1-02 205

MATERIAL DE FABRICACIÓN

Acero inoxidable

Velocidad de giro

9470

Radio Interno de disco (Ri )

0.023

Radio externo de disco, (Ro)

0.053

Número de discos

39

Tabla 5. Resultados de los cálculos de la práctica.

DATOS CALCULADOS

UNIDADES

FACTOR G

5513.824

VELOCIDAD ANGULAR

991.6984 rad

ÁREA EQUIVALENTE

1106.554 m2

VELOCIDAD TERMINAL

7.1359R-07 m/s

RENDIMIENTO

19.7184 g/L

PORCENTAJE DE RECUPERACIÓN

83.33%

PRODUCTIVIDAD

0.006572 g/L*s

Tiempo de operación 180000 Masa húmeda de los 0,300 sólidos retenidos Volumen del clarificado Humedad del solido Masa seca de los sólidos 0,250kg recuperados Porcentaje de recuperación Rendimiento Productividad

s g L g % g/ml g/ml.s

ANÁLISIS DE RESULTADOS Existen diversos factores que afectan en la sedimentación dentro de la centrífuga, uno de ellos es la velocidad de flujo de alimentación. En el caso de la centrifugación deben ser tomados en cuenta los patrones de flujo; es decir, que existan condiciones de flujo laminar para tener la máxima eficiencia de separación. Alguna turbulencia resultará en que los sólidos suspendidos sean remezclados con el clarificado, incrementando la posibilidad de su arrastre en el clarificado (C&D, 2012). Asimismo, el flujo de alimentación puede relacionarse con el flujo volumétrico máximo, el cual hace referencia al gasto que puede manejar una centrífuga para producir un 100% de sedimentación (Garibay, 2016)

CONCLUSIONES Conocer el equipo que se va a trabajar es indispensable ya que si en el proceso se lleva acabo un mal ajuste de cualquier instrumento del equipo, nos arrojará datos erróneos; por otro lado, el equipo es caro, si se cometen errores en la industria no sólo podría costarnos el empleo, es muy posible cometer accidentes en una mala práctica. Se logró identificar las variables y sus unidades, para reportar resultados con base en la formulación proporcionada por los profesores y encontrada en bibliografía. RECOMENDACIONES ● ● ● ● ● ● ●

Verificar que el equipo contenga aceite para lubricar No trabajar con grandes concentraciones (centrífuga de discos) Evitar que el equipo tenga derrames Asegurarse que la ubicación sea segura. La centrífuga no deberá ubicarse cerca de una fuente de calor ni exponerse a la luz del sol directa. La centrífuga deberá situarse en plano. El efecto de la nivelación deberá asegurarse mediante una mesa plana y estable para la centrífuga. La centrífuga se deberá situar en posición horizontal sobre una base rígida.

● ● ●

Es necesario garantizar una zona de ventilación de 30 cm como mínimo alrededor de la centrífuga en todas direcciones. No cubrir los orificios de ventilación La centrífuga debe cuenta con protección térmica de corriente Operar la centrífuga después de familiarizarse con la misma

BIBLIOGRAFÍA ● ● ●

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Garibay, G. (2014, 1 agosto). Teoría de la centrifugación.. https://es.slideshare.net/guillermogaribay1447/teora-de-la-centrifugacin Ind.Lactea. (2012, 5 abril). C & D- CENTRÍFUGAS & DECANTERS. http://www.centrifugesdecanter.com.ar/Ind_lactea.htm Manual del usuario de centrífuga. (2017). LabNetInternacional. https://www.labnetinternational.com/sites/www.labnetinternational.com/files/productdocuments/LN181000%20C0336%20_ESP.pdf Mercado, A. (2014). CENTRIFUGACIÓN. UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTÍN. http://repositorio.unsa.edu.pe/bitstream/handle/UNSA/4190/IAmemead001.pdf? sequence=1&isAllowed=y McCabe Warren L, Smith Julian C, HARRIOTT Peter. 2007. Operaciones Unitarias En Ingeniería Química. Trans. Alejandro Carlos Piombo Herrmaría Aurora Lanto Arriola. México: Mcgraw-Hill. Montero, H. (s. f.). Centrifugación. Universidad Nacional Autónoma de México. Recuperado 12 de octubre de 2020, de http://www.ibt.unam.mx/computo/pdfs/met/Centrifugacion.pdf Recomendaciones de seguridad para centrífugas de laboratorio. (2014, 17 mayo). El blog de QuercusLab. https://quercuslab.es/blog/recomendaciones-de-seguridadpara-centrifugas/ Tejeda, A. (2011). Centrifugación. En R. M. Montesinos & R. Guzmán (Eds.), Bioseparaciones (2.a ed., p. 135). Pearson Education.

GUÍA DE OPERACIÓN DEL EQUIPO Centrífuga de discos:

Figura 3. Centrífuga de discos “WESTFALIA separator AG TIPO TA 1-02-205”

Tabla 5.Partes externas del sistema

● Equipos auxiliares Bomba ● Servicios auxiliares ● Instrumentos de medición y control Turbidimetro Cronométro ●

Secuencia de armado, desarmado, arranque y paro 1. Identificar las partes de la centrífuga y colocar el freno. 2. Colocar los discos sobre su base, verificando estos estén ordenados de mayor a menor añadiendo la tapa de los discos.

3. Colocar la pila de discos en el equipo.(Verificar que los huecos en los discos coincidan y que a su vez embonen correctamente sobre su base) 4. Colocar el sello de los discos seguido del eje y la tapa del eje (verificar que el sello embone perfectamente) 5. Colocar la tuerca de sello grande ajustándola con su respectiva llave manualmente. 6. Colocar el anillo con el lado más grande en la parte superior, así como la tapa de la cubierta. 7. Colocar la tuerca de ensamblaje pequeña ajustándola con su respectiva llave manualmente. 8. Colocar el casco de la centrífuga y asegurar con las dos tuercas opuestas encontradas en el perímetro del sitio de colocación del casco. 9. Montar la tubería para alimentación seguido de la tubería de descarga 10. Conectar las mangueras hacia el tanque colector de clarificado y la bomba utilizada para la alimentación. 11. Quitar el freno. 12. Encender la centrífuga con el interruptor de arranque y paro. 13. Verificar el correcto armado, en caso de detectar sonidos anormales detener el equipo con el botón de paro, desarmar y volver a armar adecuadamente. 14. En caso de no presentar anomalías iniciar la operación de centrifugación y detener la centrífuga cuando la solución de alimentación se termine o bien cuando exista una saturación del clarificado.

Centrífuga tubular:

Figura 4. Partes del equipo de una centrífuga tubular

Figura 5. Esquema de una centrífuga tubular

Equipos auxiliares Bomba peristáltica ● Servicios auxiliares Aire comprimido Fuente de energía ● Instrumentos de medición y control Turbidímetro Cronómetro ●

Secuencia de armado, desarmado, arranque y paro 1. Identificar las partes de la centrífuga y la fuente de aire comprimido para la operación neumática de la centrífuga. 2. Revisar que el tambor o tazón esté colocado de manera correcta. 3. Colocar la carcasa que tiene la salida de clarificado. 4. Elevar la pestaña del aceitero para permitir que se lubrique la centrífuga al girar y que no se dañe por la fricción. 5. Conectar las mangueras hacia el tanque colector de clarificado y la bomba utilizada para la alimentación. 6. Conectar la entrada de aire comprimido. 7. Abrir la válvula de aire comprimido y regular la velocidad de giro por la velocidad del aire de salida y la estabilidad de la centrífuga. 8. En caso de detectar sonidos anormales regular la velocidad de giro con la válvula del aire comprimido, o simplemente, detener el equipo cerrando la válvula. 9. En caso de que se haya logrado estabilizar la centrífuga, iniciar la operación de centrifugación y detener la centrífuga cuando la solución de alimentación se termine o bien cuando exista una saturación del clarificado. 10. Al terminar, cerrar válvula de aire comprimido, aceitero y desconectar la bomba.

ANEXOS

Hoja de especificaciones del decalite

NOMBRE DE LA PRÁCTICA: Centrifugación

%

% Asignado

1

El reporte fue entregado en el tiempo establecido. Obligatorio

2

Presenta orden y limpieza.

3

Utiliza vocabulario propio de la práctica, presentando buena ortografía y redacción.

4

En los fundamentos presenta el principio de separación y las características generales de los equipos utilizados, mencionando también las aplicaciones. (una cuartilla como máximo)

5

Presenta Diagrama de Flujo

6

Presenta el diagrama de flujo con la simbología correcta para cada uno de los equipos e incluye todas las etapas del proceso. (Este deberá de ser de fácil visualización e interpretación)

10

7

En el diagrama indica con simbología presiones, temperaturas)

las condiciones de operación ( flujos,

3

8

Indica en el DFP la nomenclatura y numeración correcta de cada uno de los equipos y corrientes involucradas

3

9

Incluye un cuadro de balance junto con el DFP

Obligatorio

10

En el cuadro de balance incluye los flujos y /o composiciones de entrada y de salida en congruencia con las cantidades de materia prima entrante y los resultados obtenidos

4

11

Presenta los resultados de manera clara y ordenada

Obligatorio

12

Presenta los resultados obtenidos en tablas, gráficas y figuras adecuadamente citados.

10

13

Presenta el porcentaje de eficiencia y rendimiento del proceso con respecto a lo solicitado en la práctica o teóricamente (referenciado)

5

5

Obligatorio

14

Presenta Análisis de Resultados

Obligatorio

15

Analiza el comportamiento de los resultados y los compara con lo esperado teóricamente justificando dicho comportamiento mediante citas de referencias bibliográficas en caso de haberlas.

8

16

Discute las posibles fuentes de error que intervinieron en el rendimiento y la eficiencia del proceso.

5

17

Hace referencia de las tablas y gráficos en al análisis de resultados

7

19

Presenta conclusiones

Obligatorio

20

Plantea conclusiones basadas en el análisis de los resultados y en total congruencia con los objetivos planteados. 5

21

Presenta conclusiones basadas en el proceso de separación estudiado, sin reproducir fundamentos de la operación unitaria empleada. 5

22

Proponer mejoras y recomendaciones para trabajos posteriores basadas en la experiencia.

5

23

Contiene referencias apropiadas y suficientes. Donde se incluyen libros, artículos de revistas y páginas electrónicas.

obligatoria

24

Presenta un Anexo donde se resuelve la secuencia de cálculo mediante uso de algún programa de cómputo (Excel, Mathcad, etc.).

obligatoria

25

En el anexo se encuentran las curvas de calibración.

obligatoria

26

Presenta una guía de operación del equipo con fotografías y cada una de las partes que lo constituyen

5

27

Presenta una guía de operación del equipo que incluye: equipos auxiliares, instrumentos de control y medición, y servicios requeridos por el mismo, sin reproducir manuales de operación del proveedor

5

28

El manual presenta congruencia en cada uno de los pasos a seguir para operar el equipo

10

29

Establece las precauciones para el buen funcionamiento del equipo así como las medidas de seguridad requeridas para manipular los reactivos involucrados en la practica

OBSERVACIONES. El porcentaje final se pondera a 3 puntos (valor que se le ha asignado al reporte)

5

CALIFICACIÓN...