Principios de tamizado

El tamizado es un método físico para separar mezclas. Consiste en hacer pasar una mezcla de partículas de diferentes tamaños por un tamiz o cedazo. Las partículas de menor tamaño pasan por los poros del tamiz atravesándolo y las grandes quedan retenidas por el mismo.

Introducción

El tamizado es probablemente el primer método empleado para la separación de partículas: ya figura ilustrado en representaciones de arte egipcio y también está descrito en la obra De re metallica de Georgius Agricola en 1556.
Las primeras aplicaciones fueron las de separar impurezas de los granos de trigo y cereales y las de clasificar arenas en distintos tamaños de partículas.
El uso de tamices de precisión se inicia a finales del siglo XIX. La introducción de los tamices de ensayo (también llamados de análisis, de ensayo o de control) es atribuida a Von Rittinger (1867), que propuso la fabricación de tamices con unas aberturas distribuidas en series geométricas, empezando desde 75µm y aumentando la abertura en pasos de raíz cuadrada del número dos.
Posteriormente esta progresión fue adoptada por la norma ISO 565 y la norma actual ISO 3310 que es la utilizada por la farmacopea europea. Por otra parte, tanto la norma británica BS 410 como la ASTM E-11 están basadas en la misma relación pero iniciándolas en la abertura de 100µm.

Los tamices se fabrican en un rango de diámetros normalizados, siendo los más utilizados los de 100 mm.Ø, 200 mm.Ø, 300 mm.Ø y 400 mm.Ø. Los tamices han de encajarse unos con otros con suavidad y sin holguras que provoquen perdidas de producto durante el tamizado, o ruidos.
Para formar una columna de tamices, se disponen en orden decreciente empezando por el tamiz superior. Se utiliza normalmente una tapa acoplada al tamiz superior para evitar pérdidas de material durante el tamizado, y un fondo que encaja en el ultimo tamiz de la columna, que recoge los finos que han pasado a través de él.

 

¿Qué nos indica la abertura del tamiz?

Nos indica el diámetro equivalente, que se define como el diámetro de la esfera de mayor tamaño que pasaría a través de la malla.
Es importante especificar siempre la forma del agujero, ya que los resultados del tamizado son radicalmente distintos si lo que utilizamos es una malla con un agujero cuadrado de 100 µm., o bien una chapa perforada redonda de 100 µm.Ø . En consecuencia, la partícula podría tener distintos diámetros equivalentes de tamiz en agujeros cuadrados o redondos.
El paso a traves del tamiz requiere que las partículas tengan una área seccional menor que la abertura. Esto indica que ha de tener dos dimensiones menores que el diámetro equivalente a fin que la partícula pueda pasar a traves de la malla; la tercera dimensión de la partícula puede ser mas larga que la abertura (por ejemplo: agujas, partículas alargadas,etc.) lo que no impedirá el paso aunque si ésta tercera dimensión es muy larga, el tiempo de tamizado podría alargarse de manera importante.

El material separado por el tamiz se pesa en una balanza, con lo que el tamizado proporciona una distribución de masa o de volumen. Esto se puede convertir en una distribución de diámetros equivalentes y los resultados se presentan en porcentajes o bien en una curva de distribución granulométrica.

Tipos de tamices de ensayo

Según el tipo de medio tamizante, los tamices se dividen en tres grupos:

 

Tamices de tejido metálico

Constituidos por un tejido metálico soldado a un bastidor. Es el tipo clásico de tamiz. Generalmente se le identifica por la abertura nominal del tamiz (en mm. si ésta es igual o superior a 1,00 mm., o bien en µm. cuando es inferior). También se le puede identificar con el término “MESH” (Malla, en inglés), que nos indica el numero de aberturas que existen por pulgada inglesa (1” = 25,40 mm.). Para encontrar la equivalencia con la abertura nominal es necesario consultar la norma ASTM E-11, la cual indica exactamente dicha magnitud.

Tamices de chapa perforada

Formados por una chapa perforada metálica, ya sea de abertura cuadrada, redonda o rectangular soldada a un bastidor. Normalmente se utilizan a partir de 4,00 mm. de abertura.

 

Tamices de chapa electroformada

En éste tipo de tamices, la chapa suele ser de níquel que ha sido sometida a un proceso de erosión química. El rango de aberturas con éste tipo de tamices, abarca desde los 2,00 mm hasta 3 µm. Su principal característica es su elevada precisión. Y la posibilidad de conseguir aberturas de dimensiones no normalizadas.

Principios de Tamizado

Un tamiz separa un material determinado en dos fracciones, de las cuales una es retenida por el medio tamizante, también llamada rechazo, y la otra pasa a traves de las aberturas. Cuando lo aplicamos a partículas de perfil no esférico, el proceso se complica por el hecho de que una partícula con un tamaño muy próximo al de la abertura nominal del tamiz, puede pasar a través de él sólo cuando se presenta en una posición favorable y no pasará cuando se presente en otras posiciones.
El proceso de tamizado puede ser dividido en dos estadios: primeramente eliminando las partículas considerablemente más pequeñas que la abertura nominal del tamiz, y en segundo lugar separando las partículas de un tamaño similar a la abertura. Ambos estadios requieren que todas las partículas colocadas en el medio tamizante tengan la oportunidad de pasar a través de una abertura. Idealmente, cada partícula debería ser presentada individualmente a una abertura, como ocurre en las aberturas de malla mayores, pero para la mayoría de partículas esto es impracticable.
La efectividad de la técnica del tamizado dependerá, entre otros muchos factores (ver diagrama de Ishikawa adjunto) de:

  • la carga del material depositada en el tamiz,
  • y del tipo e intensidad del movimiento impreso a dicha carga.
Factores tamizado

Diagrama de Ishikawa de todos los factores que influyen en el tamizado

Si la carga es demasiado grande, habrá gran cantidad de partículas encima del medio tamizante que se obstaculizarán unas a otras, disminuyendo así la oportunidad que todas y cada una de las partículas encuentren su posición ideal para cruzar el medio tamizante en un tiempo razonable. La carga, por consiguiente, estará limitada en función de la cantidad retenida por el tamiz al finalizar el tamizado.
Si la muestra a tamizar contiene suficientes partículas representativas, será necesario subdividir la muestra en un numero suficiente de cargas, a fin de no sobrecargar el tamiz, con lo cual se obtendrán resultados más fiables.

Observaciones previas al tamizado

Los materiales a tamizar abarcan un amplio espectro: desde las partículas más gruesas (piedras), hasta las más finas (pigmentos), difiriendo en sus propiedades tanto físicas como químicas. La información acerca de las propiedades del material es de gran utilidad para comprender sus características durante el tamizado y deberían ser anotadas en las hojas de resultados o de distribución granulométrica.
Debido a la considerable variedad de propiedades, no es posible especificar un método sencillo de tamizado para todos los materiales. Para hallar el método apropiado es muy interesante consultar cualquier normativa internacional relacionada con el material objeto de estudio.

Preparación de muestras

Condición necesaria para conseguir unos resultados precisos con los tamices, es una cuidada obtención de las muestras a analizar.
El método de obtención de muestras debe ser tal que la muestra tomada para tamizar sea realmente representativa del material del cual procede, y cumplir con las especificaciones requeridas para cada producto.

División de las muestras

Generalmente la muestra original es demasiado grande para usarla directamente en el tamiz, por lo cual necesariamente deberá ser reducida.
Al reducir la muestra es tan importante asegurar que la cantidad tomada para tamizar sea representativa de la muestra original, como asegurar que la muestra original.

Métodos de tamizado.

Generalidades

El tamizado consiste en la colocación delicada del material a tamizar (carga) encima del medio tamizante con una determinada abertura nominal y separa el material en función de su granulometría, por medios tales como agitación, movimiento de vaivén o lavado del material.
Antes de iniciar el tamizado, las siguientes condiciones deberán ser estipuladas:

  • La via por la cual se realizará el ensayo: via seca o via húmeda
  • El numero de tamices a utilizar y sus aberturas nominales
  • El diámetro de los tamices
  • El tipo de tamiz y de su forma geométrica cuando se trate de chapas perforadas.

Tamizado manual, tamizado mecánico, tamizado sónico y por depresión.

El tamizado puede ser efectuado o bien manualmente o bien mecánicamente. Si se utilizan tamizadoras, los resultados obtenidos han de ser equivalentes a si el tamizado es realizado de forma manual.

  • Tamizado manual: Consiste en dar un movimiento de vaivén al tamiz, procurando que la totalidad de la muestra circule por toda la superficie del tamiz, y acompañando éste movimiento con algún golpe seco, con la finalidad de facilitar el paso a través de la malla de aquellas partículas que por su tamaño hubieran quedado retenidas.
  • Tamizado mecánico: Se realiza mediante tamizadoras. Se pueden dividir en tres grupos principales:
    • Tamizadoras electromagnéticas: La vibración es generada por medio de una bobina o electro-imán. Generalmente imprimen un movimiento tridimensional, ya que además de un movimiento vertical, pueden generar un movimiento de rotación de la carga por encima de la superficie del medio tamizante. Ventajas: muy apropiadas para materiales de densidad elevada y para ensayos por via húmeda. Inconvenientes: debido a la propia naturaleza de la vibración, no es aconsejable para productos poco densos o con elevado indice de friabilidad.
    • Tamizadoras orbitales: Por medio de un motor se transmite un movimiento bidimensional a la carga con ausencia de vibración. Ventajas: muy apropiadas para partículas de forma cilíndrica y baja densidad (por ejemplo granos de cereales, centeno,etc), y materiales de alta friabilidad, ya que transmiten un movimiento suave que no daña a las partículas.
    • Tamizadoras de golpeteo: Este tipo de tamizadoras combinan un movimiento excéntrico con otro de golpeteo vertical cada 2/3 revoluciones sobre la columna de tamices. Ventajas: es el sistema mecánico que más se asemeja al tamizado manual. Elevados indices de repetibilidad. Inconveniente: aparatos ruidosos que muchas veces obligan a adaptar un recinto o cofre solo para ellos.
  • Tamizado sónico: Se realiza por medio de tamizadoras que están basadas en la vibración que se transmite a una muestra mediante ondas acústicas de muy baja frecuencia. Está especialmente indicada para tamizados hasta 3µm de materiales de dificil tamizado. Ventajas: sistema muy rápido; baja colmatibilidad del medio tamizante. Inconveniente: utilizable en una estrecha gama de aberturas.

Normativas.

Tal como se ha apuntado en la introducción, a finales del siglo XIX apareció la necesidad de disponer de una serie de aberturas distribuidas en series geométricas.
La evolución de ésas primeras series nos ha llegado hasta hoy en forma de normas que, no solamente recogen las aberturas de malla, sino que afectan a otros aspectos del tamiz como pueden ser: el diámetro de los tamices, material, sistemas de inspección, rangos de tolerancias, etc.

Como normas principales por estar fuertemente implantadas en el mercado, caben destacar la ISO 3310 y la ASTM E-11.
Una de las dudas más comunes ante la que se encuentra un comprador de tamices es determinar cual es la norma bajo la que ha de solicitarlos. Normalmente dependerá del ámbito de utilización o del sector industrial en el que estamos. Así, en la Industria Farmacéutica, se utilizan bajo las indicaciones de la Farmacopea, estando ésta basada en la norma ISO. Por otra parte, en las industrias de fabricación de abrasivos, la norma mas comúnmente utilizada es la ASTM, lo mismo que para el ensayo de suelos, pero no en el caso de la industria cerámica que utiliza tamices basados en la norma ISO.
Ante la inexistencia de una normativa superior que indique en que procedimientos los tamices han de cumplir las especificaciones de una u otra norma, se recomienda consultar la elección al fabricante de tamices.

Inspección de los tamices. Sistemas de calibración.

Antes de cada inspección, el medio tamizante y el bastidor deben ser revisados a contraluz para poder detectar posibles defectos en el tejido: arrugas, taponamiento de las aberturas, suciedad o simplemente la no uniformidad del tejido, pueden provocar grandes variaciones en los resultados del tamizado.
Para valorar la exactitud de la abertura, hay distintos sistemas para la calibración de los tamices:

Sistemas ópticos / óptico electrónicos / visión artificial.

Consisten en la medición de una serie de aberturas por medios ópticos como pueden ser, los proyectores de perfiles, microscopios, o bien mediante sistemas automáticos de visión artificial.
Este último es el que consigue mayor exactitud en los resultados ya que además de una gran resolución de las imágenes, elimina las incertidumbres asociadas a medidas realizadas por operarios.

Esferas calibradas

Se dispone de una muestra de esferas de vidrio patrón con una distribución granulométrica conocida. Para realizar la calibración de un tamiz se procede al tamizado de dicha muestra. Una vez finalizado se pesa la fracción retenida.

Por comparación a tamices patrón

Este es un sistema muy útil cuando se dispone de gran cantidad de tamices (en adelante los denominaremos tamices de trabajo) y obviamente, el coste de la calibración de todos y cada uno de los tamices por un organismo externo no sea asumible.
En primer lugar hay que disponer de tamices perfectamente calibrados que los utilizaremos de patrón. No es recomendable que éstos tamices patrón se utilicen para otra actividad que no sea la de calibración de tamices de trabajo.
En el caso de que así sea, el tamiz/tamices podrían ser rechazados.
Los tamices patrón deberán estar marcados como tales para evitar confusiones, teniendo gran cuidado con la manipulación y limpieza de los mismos.
Si se está utilizando más de un grupo de tamices patrón, es conveniente que siempre se utilicen los mismos tamices. Es aconsejable identificar cada tamiz a que grupo pertenece, ya que el uso de un tamiz patrón perteneciente a un grupo distinto puede llevarnos a error.

Metodología a seguir para el calibrado de los tamices de trabajo.

  1. Disponer de una muestra y cuartearla.
  2. Tamizar una porción de la muestra con los tamices patrón.
  3. Tamizar la otra porción con los tamices de trabajo. Para este tamizado, si es manual lo realizará el mismo operario. Si se realiza por medio de tamizadora, se reproducirán exactamente las condiciones del ensayo.
  4. Anotar el peso retenido en cada tamiz.
  5. Comparar los resultados obtenidos con el juego de tamices patrón con respecto a los resultados obtenidos con los tamices de trabajo.
  6. En el caso que los resultados no se justen a unas tolerancias previamente fijadas, se reemplazarán por unos nuevos de las mismas características.

Propiedades físico-químicas a considerar en el tamizado

  • Friabilidad: algunos materiales son capaces de reducir el tamaño de sus particulas durante el tamizado a causa de su naturaleza friable.
  • Abrasividad: hay materiales de naturaleza abrasiva; éstos al pasar por el medio tamizante lo van limando, lo cual modifica las aberturas en prolongados procesos de tamizado.
  • Higroscopicidad: algunos materiales absorben humedad, por lo cual difícilmente llegan a un punto de equilibrio con la atmósfera del laboratorio. En determinados casos es necesario manipular las muestras y tamizarlas de forma que se reduzca su contacto con la atmósfera al mínimo.
  • Perfil de las partículas: la duración y los resultados del tamizado puede variar considerablemente debido al perfil de las partículas.
  • Adherencia: la tendencia al esparcimiento de las partículas por encima del medio tamizante depende en gran medida de la naturaleza adherente del material, aumentando ésta cuanto mayor sea la finura del material.
  • Magnetismo: las propiedades magnéticas de los materiales pueden afectar a los resultados, teniendo en cuenta la reacción de las partículas entre sí (aglomeración) y con el tamiz (adhesión).
  • Propiedades electroestáticas: algunos gránulos pueden cargarse con electricidad estática durante el tamizado y adherirse a las paredes del tamiz, lo que afecta al resultado.
  • Reactividad química: algunos materiales al ser tamizados pueden reaccionar con la atmósfera o con los materiales de los que está compuesto el tamiz.

Tiempo de tamizado

El tamizado, como cualquier otro proceso de separación de partículas, no produce una separación ideal. Una pequeña cantidad de partículas de tamaño inferior a la abertura nominal del tamiz permanecen en el rechazo (por ejemplo, estar incrustados en partículas mayores, haber encontrado aberturas de un tamaño inferior al nominal, etc.). De forma análoga, a causa de la presencia de aberturas sobredimensionadas, partículas mayores que la abertura nominal pueden ser encontradas en la fracción inferior del material que ha
pasado por el tamiz.
Debido a ésta inexactitud, no puede fijarse un tiempo en el cual el proceso de tamizado pueda ser completado.

Factores que influyen en el tiempo del tamizado.

  • Características del material
  • Volumen de la carga inicial
  • Intensidad del tamizado
  • Abertura nominal del tamiz con respecto la granulometría de la muestra
  • Las características del medio tamizante
  • Condiciones ambientales

Punto final del Tamizado

Si el punto final del tamizado se determina por comparación con anteriores tamizados, es importante comprobar que el resultado no está significativamente reducido por el factor de taponamiento de las aberturas.
Para la mayoría de materiales no friables puede considerarse que el punto final de tamizado ha sido hallado cuando la cantidad que ha pasado por el tamiz en 1 minuto es menor que el 0,10% de la masa total de la carga.
Para materiales friables y, en ciertos casos, el punto final de tamizado será determinado experimentalmente, que en caso de comprobaciones de suministro, ambas partes deberán acordar un tiempo determinado de tamizado, siendo ésta la única manera en la cual los resultados podrán ser comparables.

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