Análisis de un sistema de sedimentación
1. Objeti Objetivos vos -
Analizar Analizar el fenómeno fenómeno de sedim sedimentac entación ión de partículas partículas suspendid suspendidas. as. Deter Determin minar ar la veloc velocida idad d de sedim sediment entac ación ión de de un siste sistema ma de partículas. Identica Identicarr las variables variables más important importantes es que que afect afectan an la velocidad velocidad de sedimentación.
2. Introducción La sedimentación es la operación unitaria que consiste en separar por acción de la gravedad, un sólido finamente dividido del líquido en el que está suspendido. Como resu result ltad ado o de este este proc proces eso o se obti obtien ene e un líqu líquid ido o clar claro o (exe (exent nto o o con con muy muy bajo bajo contenido de sólidos y una pasta más o menos espesa con un elevado contenido en sólidos.
En el prese presente nte trabaj trabajo o se deter determin mina a eperi eperimen mental talmen mente te cómo cómo se comporta un sólido !soluto" en a#ua a diferentes concentraciones$ deter determin minand ando o la veloci velocidad dad en se#und se#undos os % #raca #racando ndo el volume volumen n acumulado contra el tiempo.
3. Marco Marco teórico teórico Sedimentación. La sedimentación es una operación unitaria consistente en la separación por la acción de la gravedad de las fases sólida y líquida de una suspensión diluida para obtener una suspensión concentrada y un líquido claro. La sedimentación remueve las partículas más densas, mientras que la filtración remueve aquellas partículas que tienen una densidad muy cercana a la del agua o que !an sido suspendidas y, por lo tanto, no pudieron ser removidas en el proceso anterior. "xisten tres tipos de sedimentación# discreta, con floculación y por $onas. "sta operación unitaria puede llevarse a cabo de forma continua o intermitente. Los sedimentadores industriales, operan normalmente en r%gimen continuo.
Tipos de sedimentación.
&e pueden distinguir dos tipos de sedimentación, atendiendo al movimiento de las partículas que sedimentan#
•
'. Sedimentación libre# se produce en suspensiones de baja concentración de sólidos. La interacción entre partículas puede considerarse despreciable, por lo que sedimentan a su velocidad de caída libre en el fluido. Sedimentación por zonas# se observa en la sedimentación de suspensiones concentradas. Las interacciones entre las partículas son importantes, alcan$ándose velocidades de sedimentación menores que en la sedimentación libre. La sedimentación se encuentra retardada o impedida. entro del sedimentador se desarrollan varias $onas, caracteri$adas por diferente concentración de sólidos y, por lo tanto, diferente velocidad de sedimentación.
"n la )igura ' se representa el proceso de sedimentación por $onas en una probeta. "ste proceso consta de las siguientes etapas# "n un principio el sólido, que se encuentra con una concentración inicial *o (figura 'a, comien$a a sedimentar (figura 'b, estableci%ndose una interfase ' entre la superficie de la capa de sólidos que sedimentan y el líquido clarificado que queda en la parte superior ($ona +. La $ona por debajo del líquido clarificado se denomina $ona interfacial ($ona . La concentración de sólidos en esta $ona es uniforme, sedimentando toda ella como una misma capa de materia a velocidad constante -s. "sta velocidad de sedimentación puede calcularse a partir de la pendiente de la representación de la altura de la interfase ' frente al tiempo, tal y como se muestra en la figura . &imultáneamente a la formación de la interfase ' y de la $ona interfacial, se produce una acumulación y compactación de los sólidos en suspensión en el fondo de la probeta, dando lugar a la denominada $ona de compactación ($ona . "n esta $ona la concentración de sólidos en suspensión es tambi%n uniforme y la interfase que bordea esta $ona, interfase , avan$a en sentido ascendente en el cilindro con una velocidad constante -. "ntre la $ona interfacial y la $ona de compactación se encuentra la $ona de transición ($ona C. "n esta $ona la velocidad de sedimentación de los sólidos disminuye debido al incremento de la viscosidad y de la densidad de la suspensión, cambiando la concentración de sólido gradualmente entre la correspondiente a la $ona interfacial y la de la $ona de compactación. Las $onas de compactación e interfacial pueden llegar a encontrarse, produci%ndose la coalescencia de las dos interfases anteriormente citadas, en el denominado momento crítico tc, desapareciendo la $ona de transición (figura 'c. "n este momento el sólido sedimentado tiene una concentración uniforme *c o concentración crítica, comen$ando la compactación y alcan$ándose, posteriormente, la concentración final *u (figura 'd.
Figura 1. /roceso de &edimentación por $onas.
La velocidad de sedimentación en el momento t c corresponde a un valor - c dado por la pendiente de la tangente a la curva de sedimentación en el punto C, tal y como se indica en la figura donde -c0 -s.
Figura 2. 1epresentación gráfica de la altura frente al tiempo. ependiendo de cómo se realice la operación, la sedimentación puede clasificarse en los siguientes tipos#
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Sedimentación intermitente# el flujo volum%trico total de materia fuera del sistema es nulo, transcurre en r%gimen no estacionario. "ste tipo de sedimentación es la que tiene lugar en una probeta de laboratorio, donde la suspensión se deja reposar. Sedimentación continua# la suspensión diluida se alimenta continuamente y se separa en un líquido claro y una segunda suspensión de mayor concentración. 2ranscurre en r%gimen estacionario.
Aplicaciones de la sedimentación.
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&e incluye la eliminación de sólidos de aguas negras. La sedimentación de cristales del licor madre. La separación de me$clas líquido3líquido provenientes de la etapa de extracción con disolvente de un sedimentador. La sedimentación de partículas alimenticias sólidas de un líquido preparado. La sedimentación de una suspensión en el proceso de l ixiviación de la soya. Las partículas pueden ser de tipo sólido o gotas de líquido, el fluido puede ser un líquido o un gas y estar en reposo o en movimiento.
4. Materiales y equipo
Material. & conos Im'o( para sedimentación ) soportes para conos de sedimentación * probeta de * + & a#itadores de vidrio con #endarme & cronómetros
Reactivos *, #r de ladrillita malla * *, #r de ladrillita malla *, *, #r de ladrillita malla ) *, #r de ladrillita malla *, #r de ladrillita malla /
Equipo 0alanza analítica
5. rocedi!iento
*. 1esar )$ , % 2 #r de ladrillita de cada malla !*$ *,$ )$ % /". ). A#re#ar * +t de a#ua en cada uno de los conos Im'o( para sedimentación. . 3olocar los conos en el soporte para conos de sedimentación.
,. A#re#ar la primera muestra de ladrillita !)#r malla *" % empezar a medir el tiempo con a%uda del cronómetro. /. 4bservar cuidadosamente el sistema e ir tomando nota del volumen sedimentado en intervalos de tiempo.
&. 5epetir paso , % / para cada muestra de ladrillita.
". Resultados A continuación se muestran los resultados obtenidos para cada malla % a concentraciones distintas.
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+. #n,lisis de resultados +as #rácas muestran el tiempo contra volumen acumulado para cada malla utilizada % cada una utilizada a diferentes concentraciones$ en este caso se utilizó malla de *$ *,$ )$ % /. De las #rácas se observa que a ma%or concentración el sólido se iba acumulando en el fondo del cono a un menor tiempo$ o sea el volumen acumulado era ma%or en menor tiempo. 1or otra parte si se comparan las #rácas de las cinco mallas se observa que la malla de / fue la que más tiempo tardo en compactarse %a que el soluto era muc'o más no % en consecuencia menos denso9 esto si#nica que entre menos denso o de tama:o más c'ico sea el sólido más tiempo tarda en compactarse. +as variables importantes en la sedimentación son la concentración de la solución % el tama:o de partícula que ten#a el soluto que se utiliza.
+.1. -o!paración de datos con los otros equipos 6e 'izo comparación con los resultados de los otros equipos % en todos los sistemas de sedimentación ocurrió que a ma%or concentración el volumen acumulado del sólido se realiza en menor tiempo % entre más na la partícula es más tardado el proceso de sedimentación.
. -onclusión 6e analizó adecuadamente el sistema de sedimentación con partículas suspendidas de ladrillita de diferentes tama:os$ cumpli;ndose uno de los objetivos planteados en la práctica$ así mismo se determinó la velocidad de sedimentación para cada caso % de acuerdo a esto se pudieron identicar las variables más importantes que afectan la velocidad de sedimentación$ siendo estas el tama:o de la partícula % la concentración de la solución.
/. 0ibliora*a
4peraciones unitarias en in#eniería química?$ 8@ ed.$ <;ico$ D..B
