Separación del Maíz Mediante Tamizado

El tamizado es un método físico fundamental para la separación de mezclas de partículas, basado en hacer pasar una masa heterogénea a través de un tamiz o cedazo con aberturas de tamaño definido. Las partículas de menor tamaño atraviesan los poros del tamiz, mientras que las de mayor tamaño quedan retenidas. Este proceso permite dividir una mezcla en fracciones de diferentes tamaños, ofreciendo una distribución granulométrica del material.

Principios Fundamentales del Tamizado

El principio básico del tamizado radica en la diferencia de tamaño entre las partículas de la mezcla y las aberturas del medio tamizante. Las partículas que poseen al menos dos dimensiones inferiores al tamaño de la abertura del tamiz tienen la capacidad de pasar a través de él. La tercera dimensión de una partícula, si es alargada, no impide su paso siempre que las otras dos sean lo suficientemente pequeñas, aunque una tercera dimensión excesivamente larga puede prolongar significativamente el tiempo de tamizado.

El resultado del tamizado es la separación del material en dos fracciones: el rechazo (material retenido por el tamiz) y el pasante (material que atraviesa el tamiz). La cantidad de cada fracción se determina mediante pesaje, lo que permite obtener una distribución de masa o volumen. Estos datos pueden ser convertidos en una distribución de diámetros equivalentes y presentados en porcentajes o mediante una curva de distribución granulométrica.

El proceso de tamizado puede complicarse con partículas de forma no esférica. Una partícula de tamaño cercano a la abertura nominal del tamiz puede pasar solo si se presenta en una posición favorable. El proceso se puede dividir en dos estadios: la eliminación de partículas considerablemente más pequeñas que la abertura nominal y la separación de partículas de tamaño similar a la abertura. Ambos estadios requieren que cada partícula tenga la oportunidad de ser presentada a una abertura. Idealmente, cada partícula debería ser presentada individualmente a una abertura, pero esto es a menudo impracticable.

Historia y Evolución del Tamizado

El tamizado es una de las técnicas de separación de partículas más antiguas, con ilustraciones que datan del arte egipcio. Georgius Agricola ya describía su uso en su obra "De re metallica" en 1556. Las primeras aplicaciones se centraron en la separación de impurezas de granos de trigo y otros cereales, así como en la clasificación de arenas por tamaño.

El uso de tamices de precisión se generalizó a finales del siglo XIX. La introducción de los tamices de ensayo (también conocidos como tamices de análisis o de control) se atribuye a Von Rittinger (1867), quien propuso la fabricación de tamices con aberturas distribuidas en series geométricas. Estas series, que comenzaban con 75 µm y aumentaban progresivamente, sentaron las bases para las normas internacionales actuales, como la ISO 565 y la ISO 3310, adoptadas por la farmacopea europea. Las normas británica BS 410 y ASTM E-11 también se basan en relaciones geométricas similares, pero comienzan con aberturas de 100 µm.

Tipos de Tamices de Ensayo

Los tamices de ensayo se fabrican con una variedad de diámetros normalizados, siendo los más comunes los de 100 mm, 200 mm, 300 mm y 400 mm de diámetro. Para formar una columna de tamices, estos se apilan en orden decreciente de tamaño de abertura, desde el superior hasta el inferior. Se suele emplear una tapa para evitar la pérdida de material durante el proceso y un fondo colector para recoger las partículas finas que atraviesan el tamiz inferior.

Existen tres tipos principales de medios tamizantes:

• Tamices de tejido metálico: Constituidos por un tejido metálico soldado a un bastidor. Son el tipo clásico de tamiz y se identifican por su abertura nominal en milímetros (mm) o micrómetros (µm), o por el término "MESH" (número de aberturas por pulgada).
• Tamices de chapa perforada: Fabricados con una chapa metálica perforada con aberturas cuadradas, redondas o rectangulares, soldada a un bastidor. Se utilizan generalmente para aberturas a partir de 4,00 mm.
• Tamices de chapa electroformada: Generalmente de níquel, sometidos a un proceso de erosión química. Ofrecen un rango de aberturas desde 2,00 mm hasta 3 µm, destacando por su alta precisión y la posibilidad de obtener dimensiones de abertura no normalizadas.

Definición de la Abertura del Tamiz

La abertura del tamiz se refiere al diámetro equivalente de la esfera de mayor tamaño que podría pasar a través de la malla. Es crucial especificar la forma de la abertura (cuadrada, redonda, etc.), ya que esto afecta radicalmente los resultados del tamizado. Una partícula puede tener diferentes diámetros equivalentes de tamiz en agujeros cuadrados o redondos. Para que una partícula pase, su área seccional debe ser menor que la abertura, y al menos dos de sus dimensiones deben ser menores que el diámetro equivalente.

Factores que Influyen en la Eficiencia del Tamizado

La efectividad del proceso de tamizado está influenciada por múltiples factores, entre los cuales destacan:

• Carga del material: Una carga excesiva puede provocar que las partículas se obstaculicen mutuamente, reduciendo la oportunidad de que cada partícula encuentre la posición ideal para pasar. La carga debe ser limitada para evitar la sobrecarga del tamiz, lo que asegura resultados más fiables. Si la muestra es grande, puede ser necesario subdividirla en cargas más pequeñas.
• Tipo e intensidad del movimiento: El movimiento aplicado al tamiz (agitación, vaivén, vibración) es crucial para facilitar el paso de las partículas.
• Forma de las partículas: Las partículas alargadas o irregulares pueden requerir más tiempo o condiciones específicas para pasar.
• Condiciones ambientales: La humedad del material puede afectar su comportamiento durante el tamizado.
• Ángulo de inclinación del tamiz: Influye en el tiempo de residencia de las partículas sobre la malla.

Preparación y Métodos de Tamizado

Para obtener resultados precisos, es esencial una cuidadosa preparación de las muestras. El método de obtención de la muestra debe garantizar que sea representativa del material original. Dado que la muestra original suele ser demasiado grande para el tamiz, debe ser reducida de forma adecuada, asegurando que la submuestra sea representativa.

Antes de iniciar el tamizado, se deben definir varios parámetros:

• Vía del ensayo: seca o húmeda.
• Número y aberturas nominales de los tamices a utilizar.
• Diámetro de los tamices.
• Tipo de tamiz y forma geométrica de las aberturas (si aplica).

Métodos de Tamizado

El tamizado puede realizarse de forma manual o mecánica, buscando que los resultados sean equivalentes.

• Tamizado manual: Implica mover el tamiz con un movimiento de vaivén y golpes secos para facilitar el paso de las partículas.
• Tamizado mecánico: Se realiza mediante tamizadoras especializadas, que se dividen en varios tipos:
  • Tamizadoras electromagnéticas: Generan vibraciones mediante electroimanes, a menudo imprimiendo un movimiento tridimensional. Son adecuadas para materiales de alta densidad y tamizado en vía húmeda, pero no para materiales poco densos o friables.
  • Tamizadoras orbitales: Utilizan un motor para un movimiento bidimensional sin vibración. Son ideales para partículas cilíndricas, de baja densidad y alta friabilidad.
  • Tamizadoras de golpeteo: Combinan movimiento excéntrico con golpeteo vertical, asemejándose al tamizado manual y ofreciendo alta repetibilidad. Suelen ser ruidosas.
• Tamizado sónico: Emplea ondas acústicas de baja frecuencia para vibrar la muestra. Es especialmente útil para tamizados finos (hasta 3 µm) de materiales difíciles, siendo rápido y reduciendo la colmatación del medio tamizante, aunque su aplicabilidad se limita a un rango estrecho de aberturas.

Normativas y Calibración de Tamices

La estandarización de las aberturas de los tamices es crucial para la reproducibilidad de los resultados. Normas como la ISO 3310 y la ASTM E-11 son ampliamente utilizadas y definen las especificaciones de los tamices, incluyendo dimensiones, materiales y tolerancias.

La elección de la norma a seguir a menudo depende del sector industrial: la Industria Farmacéutica suele seguir la Farmacopea (basada en ISO), mientras que las industrias de abrasivos y ensayos de suelos a menudo utilizan la norma ASTM. La industria cerámica tiende a basarse en la norma ISO.

Inspección y Calibración

Antes de cada uso, los tamices deben ser inspeccionados visualmente para detectar defectos como arrugas, taponamiento, suciedad o irregularidades en el tejido, que pueden afectar los resultados. Existen varios sistemas para la calibración de tamices:

• Sistemas ópticos/óptico-electrónicos/visión artificial: Utilizan proyectores de perfiles, microscopios o sistemas automáticos de visión artificial para medir las aberturas con alta precisión.
• Esferas calibradas: Se tamiza una muestra de esferas de vidrio patrón con granulometría conocida y se compara la fracción retenida.
• Comparación con tamices patrón: Se utiliza un juego de tamices previamente calibrados como referencia. Se tamiza una muestra con los tamices patrón y otra porción con los tamices de trabajo, comparando los resultados. Si las diferencias superan las tolerancias establecidas, los tamices de trabajo deben ser reemplazados.

El proceso de calibración comparativa implica tamizar porciones de una muestra con ambos juegos de tamices (patrón y de trabajo) bajo condiciones idénticas y comparar los pesos retenidos en cada tamiz. La manipulación y limpieza de los tamices patrón deben ser extremadamente cuidadosas para mantener su exactitud.

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