UNIVERSIDAD NA CIONAL DEL CALLAO FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA
CURSO
: LAB. DE INGENIERÍA QUÍMICA II
PRÁCTICA
: SEDIMENTACIÓN
PROFESOR
: JUAN MEDINA COLLANA
INTEGRANTES :
ZAMBRANO SANCHEZ JOSE FERNANDO
BELLAVISTA ± 2007
SEDIMENTACION 1. OBJETIVO GENERAL Realizar la prueba de sedimentación discontinua en laboratorio y observar la separación de las zonas.
1.1. OBJETIVO ESPECIFICO Determinar la concentración de la suspensión dentro del sedimentador discontinuo a cualquier profundidad.
2. FUNDAMENTO TEORICO La sedimentación consiste en la separación, por la acción de la gravedad, de las partículas suspendidas cuyo peso específico es mayor que el del agua. Es una de las operaciones unitarias más utilizadas en el tratamient o de las aguas residuales. Los términos sedimentación y decantación se utilizan indistintamente. Esta operación se emplea para la eliminación de arenas, de la materia en suspensión en flóculo biológico en los decantadores secundarios en los procesos de fango activado, tanques de decantación primaria, de los flóculos químicos cuando se emplea la coagulación química, y para la concentración de sólidos en los espesadores de fango. En la mayoría de los casos, el objetivo principal es la obtención de un efluente clarificado, pero también es necesario producir un fango cuya concentración de sólidos permita su fácil tratamiento y manejo. En el proyecto de tanques de sedimentación, es preciso prestar atención tanto a la obtención de un efluente clarificado como a la producción de un fango concentrado.
TIPOS DE SEDIMENTACION En función de la concentración y de la tendencia a la interacción de las partículas, se pueden producir cuatro tipos de sedimentación: discreta, floculenta, retardada (también llamada zonal), y po r compresión.
Análisis de la sedimentación de partículas discretas (Tipo 1) La sedimentación de partículas discretas no floculantes puede analizarse mediante las leyes clásicas formuladas por Newton y Stokes. La ley de Newton proporciona la velocidad final de una partícula como resultado de igualar el
pe e ecti e l partíc la a la re i te cia por rozamie to o arrastre El peso e ecti o ie e ado por: ¢
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erza
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F erza ravitatoria = (p5 p) V ¦
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donde
Ps = densidad de la partíc la. ¦
p = densidad del l ido. ¢
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= aceleraci n de la ravedad.
©
V = vol men de la partíc la. ¦
¦
La erza de arrastre por nidad de rea depende de la velocidad de la partíc la, de la densidad la viscosidad del l ido, del di metro de la partíc la. El coe iciente de arrastre CD (adimensional), viene de inido por la Ec aci n: ¢
¦
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¢
¦
¦
¢
¢
¦
¦
en la
e:
¦
CD = coe
iciente de arrastre.
A =
rea transversal al l o o rea de la proyecci n de la partíc la sobre el plano normal a v.
V = velocidad de la partíc
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Se re iere a la sedimentaci n de partíc las en na suspensi n con baja concentraci n Eliminación de las de sólidos. Las partículas sedimentan como arenas del agua entidades individuales y no existe residual. interacción sustancial con las partículas vecinas. P
Q
a a u D a
6
C
2
Q
Q
a t ) n 2 e o l p u i c T o ( l F
Se refiere a una suspensión bastante diluida de partículas que se agregan, o floculan, durante el proceso de sedimentación. Al unirse, las partículas aumentan de masa y sedimentan a mayor velocidad.
Eliminación de una fracción de los sólidos en suspensión del agua residual bruta en los tanques de sedimentación primaria, y en la zona superior de los decantado-res secundarios. También elimina los flóculos químicos de los tanques de sedimentación.
n é i l b a m n ) o a t z 3 , a o a d p d a i a T ( d r m a l a t l e R
Se refiere a suspensiones de concentración intermedia, en las que las fuerzas entre partículas son suficientes para entorpecer la sedimentación de las partículas vecinas. Las partículas tienden a permanecer en posiciones relativas fijas, y la masa de partículas sedimenta como una unidad. Se desarrolla una interfase sólido-líquido en la parte superior de la masa que sedimenta.
Se presenta en los tanques de sedimentación secundaria empleados en las instalaciones de tratamiento biológico.
n ó i ) s 4 e r o p p i T m ( o C
Se refiere a la sedimentación en la que las partículas están concentradas de tal manera que se forma una estructura, y la sedimentación sólo puede tener lugar como consecuencia de la compresión de esta estructura. La compresión se produce por el peso de las partículas, que se van añadiendo constantemente a la estructura por sedimentación desde el líquido sobrenadante.
Generalmente, se produce en las capas inferiores de una masa de fango de gran espesor, tal como ocurre en el fondo de los decantadores secundarios profundos y en las instalaciones de espesamiento de fangos.
Análisis de la sedimentación loculenta (Tipo 2) R
En soluciones relativamente diluidas, las partículas no se comportan como partículas discretas sino que tienden a agregarse unas a otras durante el proceso de sedimentación. Conforme se produce la coalescencia o floculación, la masa de partículas va aumentando, y se deposita a mayor velocidad. La medida en que se desarrolle el fenómeno de floculación depende de la
posibilidad de contacto entre las diferentes partículas, que a su vez es función de la carga de superficie, de la profundidad del tanque, del gradiente de velocidad del sistema, de la concentración de partículas y de los tamaños de las mismas. El efecto de estas variables sobre el proceso sólo se puede determinar mediante ensayos de sedimentación. ara determinar las características de sedimentación de una suspensión de partículas floculentas se puede emplear una columna de sedimentación. El diámetro de la misma puede ser cualquiera, pero su altura deberá ser la misma que la del tanque de sedimentación de que se trate. Se han obtenido buenos resultados empleando un tubo de plástico de 15 cm. de diámetro por unos 3 m de altura. Los orificios de muestreo deben colocarse cada 0,5 m. La solución con materia en suspensión se introduce en la columna de modo que se produzca una distribución uniforme de tamaños de las partículas en toda la S
profundidad del tubo. También es necesario cuidar de que la temperatura se mantenga uniforme durante el ensayo, con objeto de evitar la presencia de corrientes de convección. La sedimentación debe tener lugar en condiciones de reposo. La retirada de muestras, y su posterior análisis para conocer el contenido total de sólidos, se realizan a diferentes intervalos de tiempo. ara cada muestra analizada se calcula el porcentaje de eliminación, y los resultados se representan en una gráfica en función de la profundidad y el tiempo en que se S
ha tomado la muestra, siguiendo un sistem a análogo al de la representación de cotas en un plano topográfico. Una vez dibujados los puntos, se trazan las curvas que pasan por los puntos de idéntico porcentaje de eliminación.
Análisis de la sedimentación zonal o retardada (Tipo 3) En los sistemas que contienen elevadas concentraciones de sólidos en suspensión, además de la sedimentación libre o discreta y de la sedimentación floculenta, también suelen darse otras formas de sedimentación, como la sedimentación zonal (Tipo 3) y la sedimentación por c ompresión (Tipo 4). El fenómeno de sedimentación que ocurre cuando se introduce en un cilindro graduado una suspensión concentrada, con concentración inicialmente uniforme. Debido a la alta concentración de partículas, el líquido tiende a ascender por los intersticios e istentes entre aquéllas. Como consecuencia de ello, las partículas que entran en contacto tienden a sedimentar en zonas o capas, manteniendo T
entre ellas las mismas posiciones relativas. Este fenómeno se conoce como sedimentación retardada. Conforme van sedimentando las partículas, se produce una zona de agua relativamente clara por encima de la región de sedimentación. A medida que avanza el proceso de sedimentación, comienza a formarse en el fondo del cilindro una capa de partículas comprimi das, en la zona de sedimentación por compresión. Aparentemente, las partículas de esta región forman una estructura en la que e iste contacto entre ellas. Al formarse la región o capa de compresión, las capas en las que las concentraciones de sólidos son, sucesivamente, menores que en la zona de compresión tienden a ascender por el tubo. or lo tanto, de hecho, la zona de sedimentación zonal o retardada presenta una graduación de concentraciones de sólidos comprendida entre la zona de compresión y la de sed imentación. U
V
Según Dick y Ewing las fuerzas de interacción física entre las partículas, especialmente intensas en la zona de compresión, disminuyen con la altura, pudiendo e istir, en alguna medida, en la zona de sedimentación retardada. U
Generalmente, debido a la variabilidad de los resultados obtenidos, la determinación de las características de sedimentabilidad de las suspensiones en las que la sedimentación zonal y la sedimentación por compresión desempeñan un papel importante suele realizarse mediante e nsayos de sedimentación. Basándose en los datos deducidos a partir de ensayos en columnas de sedimentación, el área necesaria para las instalaciones de sedimentación y espesado de fangos puede determinarse empleando dos técnicas diferentes. En el primer mé todo, se emplean los datos obtenidos en un ensayo de sedimentación simple (batch), mientras que en el segundo, conocido como el método de flujo de sólidos, se emplean datos procedentes de una serie de ensayos de sedimentación realizados con diferentes conc entraciones de sólidos. En los apartados siguientes se describen ambos métodos.
Análisis de la sedimentación por compresión (Tipo 4) El volumen necesario para el fango de la región de compresión también suele determinarse mediante ensayos de sedimentación. Se ha comprobado que la velocidad de sedimentación en esta región es proporcional a la diferencia entre la altura de la capa de fango en el tiempo t y la altura del fango transcurrido un periodo de tiempo prolongado. Este fenómeno puede e presarse mediant e la siguiente ecuación: W
onde: Ht = altura del ango en el tiempo t. Y
X
H = altura del
ango tras un prolongado periodo de tiempo, p.c. 2
Y
oras.
a
H2= altura del
b
`
ango en el tiempo t 2.
Y
= constante para una suspensión dada.
Se a observado ue la agitación sirve para compactar el ango en la región de Y
a
c
compresión, al promover la rotura de los lóculos y la circulación del agua. Los Y
e uipos de los tanques de sedimentación incluyen rascadores de ondo para Y
c
transportar el ango y conseguir una mayor compactación. Y
X
ic y Ewing [6 d
e
encontraron que la agitación también avorece una me jor sedimentación en la Y
región de sedimentación zonal. Por todo ello, puede ser conveniente incluir el estudio de la inf luencia de la agitación como parte esencial de los ensayos de sedimentación, máxime si sus resultados van a ser empleados para determinar las superf icies y vol menes de las instalaciones de sedimentación. f
g
. R h
i
p
EDI IEN q
r
i
EX ERI EN h
q
r
s
L
Pesamos 300 gr de la muestra CaCO3, luego vertemos en la probeta y enrasamos asta un litro de agua (900 mL).
y
t
y
Medimos la altura
y
Mezclamos u
.
w
x
y y
bien con una bagueta omogénea.
u
asta obtener una concentración
Tabulamos datos obtenidos de tiempo (t)
y
v
del nivel de de la suspensión.
y
ERI LE E IN x
y
R
Probeta de un litro 300 gr de cal
w
EN
y
y avance de la interface.
y y
Cronometro Papel milimetrado
5. CALCULOS
DATOS OBTENIDOS 200 g t (min) h (cm) 0 35.3 1 34 2 33.7 3 32.4 4 32 31.2 5 6 30.4 7 29.6 28.8 8 9 28 10 27.2 11 26.4 12 25.6 13 25 14 24.2 15 23.5 17 22.2 19 21 21 19.8 23 18.7 25 18.1 30 14.7 35 13.2 40 12.5 45 12 11.7 50 11.4 55 60 11.2 8. 8
300 g t (se g) h (cm) 0 34.2 1 33.9 2 33.7 3 33.4 4 33.2 32.9 5 6 32.6 7 32.3 32 8 9 31.8 10 31.5 11 31.2 12 31 13 30.7 14 30.5 15 30.2 20 29 25 27.8 30 26.6 35 25.5 40 24.4 22.1 50 60 20 13.2
500 g t (se g) h (cm)
0 1 2 3 4
9 10 11 12 13 14 20
33.9 33.7 33.4 33.2 32.9 32.6 32.3 32 31.8 31.5 31.2 31 30.7 30.5 30.2 29
-
5
6 7 8
Cizi Cozo
Co y ho: concentración inicial de sólidos y la altura inicial de la suspensión en la probeta.
Hi:
es la altura que ocupara la suspensión, si todos los sólidos presentes estuvieran a una concentración Ci Co (300g/1L)*(1mol/100g)
Co 3.0 mol/l Ho 34. cm
CiHi CoHo Ci*33. 3×34. Ci 3.03 mol/L
200 g 300 g 500 g t (min) h (cm) C (mol L) t (se g) h (cm) C (mol L) t (se g) h (cm) C (mol L) 0 35,3 2,00 0 34,2 3,00 0 33,9 5,00 1 34,0 2,08 1 33,9 3,03 1 33,7 5,03 2 33,7 2,09 2 33,7 3,04 2 33,4 5,07 3 32,4 2,18 3 33,4 3,07 3 33,2 5,11 4 32,0 2,21 4 33,2 3,09 4 32,9 5,15 31,2 2,26 32,9 3,12 32,6 5 5 5 5,20 6 30,4 2,32 6 32,6 3,15 6 32,3 5,25 7 29,6 2,39 7 32,3 3,18 7 32 5,30 28,8 2,45 32 3,21 31,8 8 8 8 5,33 9 28,0 2,52 9 31,8 3,23 9 31,5 5,38 10 27,2 2,60 10 31,5 3,26 10 31,2 5,43 11 26,4 2,67 11 31,2 3,29 11 31 5,47 12 25,6 2,76 12 31 3,31 12 30,7 5,52 13 25,0 2,82 13 30,7 3,34 13 30,5 5,56 14 24,2 2,92 14 30,5 3,36 14 30,2 5,61 15 23,5 3,00 15 30,2 3,40 20 29 5,84 17 22,2 3,18 20 29 3,54 19 21,0 3,36 25 27,8 3,69 21 19, 8 3,57 30 26,6 3,86 23 18,7 3,78 35 25,5 4,02 25 18,1 3,90 40 24,4 4,20 30 14,7 4,80 22,1 4,64 50 35 13,2 60 20 5,35 5,13 40 12,5 13,2 7,77 5,65 45 12,0 5,88 11,7 6,03 50 11,4 6,19 55 60 11,2 6,30 8,8 8,02
Gráf
a
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h vs. t (200 g) 40 Z33\
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vs C (200 g)
40.00 35.00 30.00 5.00 0.00
15.00 10.00 5.00
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vs C ( 00 g)
40.00
35.00 30.00 5.00
0.00 5.00 0.00 5.00
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4
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5
vs C (500 g)
40.00
35.00 30.00 5.00
0.00 5.00 0.00
5.00
5.0
5.
5.
5.3
5.4
5.5
5.6
5.7
5.8
Conclusiones y
Se observa que la grafica es casi lineal lo que e presa una buena sedimentación.
y
La altura de fango concuerda con datos e perimentales.
y
No se da una sedimentación zonal por no contener demasiados sólidos.
BIBLIOGRAFÍA :
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GEANKOPLIS, CHRISTIE J. Pr ocesos d e T r ans por te y Oper aci ones U ni tar i as . Compañía Editorial Continental S. A. Tercera Edición. Mé ico, 1
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