INSTITUTO TECNOLÓGICO DE DURANGO
Ciclones y Flotación Ingeniería Química Operaciones Unitarias I
Nombre
No de Control
Cabral Nájera María del
08041024
Socorro
Introduccion. La separacion gravimetrica ha sido utilizada a lo largo de los años para la separacion de minerales mediante varios metodos, y hoy en día los metodos son mas eficiencientes. Desde empresas mineras hasta empresas de alimentos, han de emplear los metodos para separar diferentes compuestos una de la otra, aplicando difrentes metodos, desde los ciclones, hasta los reactivos de de flotacion.
Contenido CICLONES.
1
Equipos de clasificación industrial
2
Clasificador de flujo vertical
2
Clasificador de flujo horizontal
3
Clasificador centrifujo
4
HIDROCICLONES
5
Funcionamiento
5
Clasificación de hidrociclones (tangencial y axial)
6
Aplicaciones
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Ventajas del uso de hidrociclones
10
Desventajas del hidrociclón
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Variables que afectan la operación del hidrociclón.
11
Diseño
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Parametros del material
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Operación
12
Si lo que se quiere es aumentar la eficiencia de separación del ciclón se
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aconseja tomar alguna de las siguientes acciones Si lo que se quiere es aumentar la capacidad del ciclón entonces
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El incremento de la caída de presión puede resultar en.
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FLOTACIÓN
13
Etapas del proceso de flotación
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Reactivos utilizados en flotación
15
Flotación por aireación.
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Flotación por vacío.
17
Flotación por aire disuelto.
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Antecedentes históricos del sistema fad:
18
Ventajas e inconvenientes del sistema fad
18
Descripción del proceso fad:
19
Saturación de agua con aire a presión > 3 atmósferas.
19
Generación de micro burbujas .
20
Coagulación y/o floculación de las partículas a separar
21
Acondicionamiento para contacto y adhesión de micro burbujas y partículas 22 (zona de "captura"). Flotación y remoción de sólidos flotados (zona de separación).
22
Bibliografia
23
Ciclones. Los clones son dispositivos estáticos en los que una mezcla de partículas suspendidas en un gas es sometida, por acción de su propia energía cinética, a una fuerza centrífuga. Las partículas al tener mayor densidad que el gas en el que están suspendidas, salen despedidas
hacia
la
pared,
donde
por
rozamiento quedan frenadas, y caen al fondo del ciclón y sale por la parte superior. Son dispositivos económicos, altamente eficaces para la separación de polvo y partículas de los gases de combustión, de reactores de lecho fluidizado, de regeneración de catalizadores, etc. Suelen colocarse varios en serie, de tamaños distintos, para una retención mejor de partículas de tamaños distintos. El ciclón es un aparato ampliamente usado en la industria, especialmente en las secciones de depuración de humos. Basados en el mismo principio que el ciclón, se han descubierto los atomizadores y existe en el mercado un dispositivo para separar líquidos inmiscibles –agua de mar y petróleo- fundado en el mismo diseño del ciclón. Los hidrociclores son ciclones destinados a la separcion de un solido de una suspensión de un liquido. El campo de la clasificación comprende aquellas operaciones
de
separación
por
tamaños
queutilizan como principio de separación la velocidad de sedimentación. 1
Por ejemplo, si se considera y analiza el comportamiento de una esfera, sumergida en un fluido en reposo, y sometida a un campo por ejemplo el gravitatorio; se puede verificar que la partícula comenzará adesplazarse con una velocidad creciente hasta alcanzar una velocidad constante denominada velocidad terminal. Los mecanismos en que se basan los equipos disponibles para clasificación de sistemasparticulados, de acuerdo al sistema, es posible observar tres situaciones, según sea la magnitudde la velocidad del fluido (Vf)
Equipos de clasificación industrial
Los equipos de clasificación industrial se agrupan en: de flujo vertical, de flujo horizontal, centrífugos. Clasificador de Flujo Vertical.
Los clasificadores son construcciones cilindricas verticales como base en forma de como truncado, la soluccion que se emplea se vuelve a utilizar limpiando con una prensa de un filtro, el tiempo de reposo es variable según el material que se trate.
2
El Hidroclasificador es un equipo constituido por un estanque vertical alimentado por la parte superior; por la parte inferior se introduce agua para producir un flujo ascendente de tal forma que aquellas partículas con V
Clasificador de Flujo Horizontal.
Los de flujo transversal y horizontal se caracterizan porque el campo de fuerzas es perpendicular al campo de velocidades. Durante el trayecto las partículas sedimentan deacuerdo a su tamaño, densidad y concentración, de modo que el material de rebalse tiene un
Universidad
Nacional de Ingeniería Ciclón –
FlotaciónComposición más fina que la alimentación. El mecanismo de eliminación del material gruesosedimentado desde el fondo de la unidad constituye la principal diferencia entre los equipos deuso industrial; el clasificador de rastras (Dorr) y el de espiral (Akins). Estos equipos han sidoprácticamente desplazados por el hidrociclón, sin embargo aún se utilizan en plantas depequeño tonelaje.El tamaño de corte y la calidad de la separación dependen del volumen y turbulencia de lapiscina, que se manejan con una serie de factores:a).− Si se aumenta el flujo de
alimentación aumenta la componente horizontal de la velocidad,aumentando el tamaño de partículas en el over flow.b).− La alimentación no debe realizarse
directamente sobre la piscina para evitar la turbulencia.c).− La velocidad de mecanismo no debe ser tan alta como para producir mucha turbulencia, sinembargo debe tener la velocidad suficiente para transportar la arena sedimentada.d).− La altura del rebalse define e l volumen de la piscina, mientras 3
mayor, es el volumen, mayor es el tiempo de sedimentación y menor la agitación en la superficie, la que determina un rebalsecon partículas más finas.e).− La
dilución es una de las variables más importantes de estas unidades, mientras mayor esla dilución disminuye el efecto de sedimentación impedida y más fino es el tamaño de corte.Una de las mayores desventajas de estas unidades es la incapacidad de producir un overflowmuy fino con una densidad de pulpa razonable. Clasificador centrífugo.
Dentro del grupo de clasificadores centrífugos se encuentra elciclón, el hidrociclón, que utilizan el campo centrifugo generado por la rotación del fluido, paraacelerar la velocidad de sedimentación de las partículas. El hidrociclón: Es un estanque cilíndrico−cónico, con una alimentación tangencial en la parte superior. Poseedos salidas, una situada en el centro y en lo alto de la parte cilíndrica denominada vortex y unaen el extremo inferior del cono denominada ápex. La entrada tangencial produce un movimientode vórtice en tres dimensiones. El movimiento axial es positivo (hacia el vórtex) cerca del eje y negativo (hacia el ápex) en las cercanías de las paredes. El movimiento tangencial es siempre positivo teniendo un máximo a cierto radio intermedio, pero más cercano al eje. Materiales separados
Separadores
Líquido de líquido
Tanques de sedimentación, ciclones líquidos, decantadores centrífugos, coalescedores.
Gas de líquido
Tanques fijos, deaereadores, rompedores de espumas.
Líquido de gas
Cámaras de sedimentación, ciclones, precipitadores electroestáticos, separadores de choque.
Sólido de líquido
Filtros, filtros centrífugos, clarificadores, espesadores, centrífugas de sedimentación, ciclones líquidos, criba húmeda, separadores magnéticos.
Líquido de sólido
Prensas, extractores centrífugos.
Sólido de gas
Cámaras de sedimentación, filtros de aire, filtros de bolsa, ciclones.
Sólidos de sólidos
Cribas, clasificadores neumáticos y húmedos, clasificadores centrífugos.
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Hidrociclones Los ciclones son aparatos diseñados para separar la parte sólida de la fluida en mezclas bifásicas donde una de las fases está formada por partículas sólidas. Si la fase fluida es un líquido, se denominan hidrociclones y si es un gas, aerociciones. El hidrociclón es un filtro diseñado para ser utilizado en cabezales de filtración, tanto para aplicaciones agrícolas como industriales. Usados de manera diversificada en las industrias química, metalúrgica, petroquímica, textil, y otros.
Funcionamiento:
La separación por sedimentación de partículas se da en la naturaleza en cualquier lago o estanque donde se introduce agua turbia. Las partículas se posan en el fondo, formando un sedimento que posee un grado de espesado en relación con la concentración de la alimentación (feed), mientras que el agua sobrante es clarificada y eliminada como flujo superior (overflow).
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Las balsas artificiales que realizan esta misma función son denominadas espesadores o clarificadores. Si el caudal de agua que atraviesa la balsa o estanque es tan grande que las partículas más finas no tienen suficiente tiempo para su sedimentación, éstas son evacuadas junto con el flujo superior (overflow), originándose una clasificación en dos fracciones: gruesa y fina. Este tipo de clasificación en húmedo se llama clasificación por corriente; la fuerza que genera este tipo de separación es la gravedad. Los mismos fenómenos ocurren en una suspensión en rotación, donde fuerzas centrífugas mucho mayores producen los efectos de separación por aumento del grado de sedimentación. Los equipos que se emplean normalmente para este propósito, son las centrífugas con camisa maciza, y los hidrociclones pueden ser considerados como una centrífuga de camisa maciza, en la cual ésta permanece fija, mientras que la rotación de la suspensión es producida por la propia alimentación al ciclón tangencialmente ya presión. Como consecuencia de la fuerza centrífuga, las partículas sólidas se desplazan hacia la pared del cono de hidrociclón, donde prosiguen una trayectoria espiral descendente debido a la fuerza de gravedad. De esta forma, las partículas sólidas son arrastradas a la parte inferior del hidrociclón donde se almacenan en un depósito colector. El agua limpia sale del hidrociclón a través del tubo situado en la parte superior. Las partículas sólidas acumuladas en el depósito colector deben ser eliminadas periódicamente. Esta limpieza puede realizarse con una purga continua bien con un drenaje temporizado. Dependiendo del grado de recuperación de sólidos deseado en el flujo inferior (underflow), el hidrociclón puede actuar como clarificador o clasificador. Los rechazos son espesados en cualquier caso.
Clasificación de hidrociclones (tangencial y axial)
Los ciclones de entrada de gas axial funcionan de manera similar que los de entrada tangencial, solo que en la entrada del gas (entrada anular) tienen 6
dispuestos unos álabes fijos que le imprimen el movimiento en espiral al gas sucio que entra al ciclón. Los ciclones axiales tienen diámetros menores que los tangenciales (25 a 305 mm), debido a esto tienen alta eficiencia, pero baja capacidad Los ciclones de entrada tangencial y descarga axial representan el ciclón tradicional y, aunque se pueden construir con diámetros más grandes, lo más frecuente es que éstos se encuentren entre los 600 y los 915 mm. En los ciclones con entrada tangencial y descarga periférica, el gas sufre un retroceso en el interior del equipo al igual que ocurre en un ciclón convencional. Sin embargo, presenta el inconveniente de que el polvo no es eliminado en su totalidad de la corriente gaseosa, aunque sí se produce una concentración del mismo. En los ciclones con entrada y descarga axial la diferencia fundamental se encuentra en que los diámetros son de menores dimensiones (entre 25 y 305 mm), con lo que gracias a esta característica su eficiencia es mayor aunque su capacidad es menor. Por otra parte, los ciclones de entrada axial y salida periférica proporcionan un flujo directo que es muy adecuado para conectarlos a fuentes de gran volumen, donde los cambios en la dirección del gas podrían ser un inconveniente. El principio de funcionamiento tanto de los ciclones axiales como los tangenciales es el mismo. Los más usados son los ciclones de entrada de gas tangencial y salida del sólido axial, por lo cual nos limitaremos al estudio de estos.
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En los ciclones el gas entra en el tope en forma tangencial (figura 1.a y 1.b) o axial (Figura 1.c y 1.d). La descarga de los sólidos puede ser periférica (figuras.1.b y 1.d) o axial (figuras. 1.a y 1.c). De acuerdo a las distintas combinaciones de entrada del gas se distinguen entonces: (a)- entrada tangencial y descarga axial (Figura 1.a). (b)- entrada tangencial y descarga periférica (figura 1 b). (c)- entrada y descarga axiales (figura 1.c). (d)- entrada axial y descarga periférica (figura 1.d)
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Aplicaciones
1. Espesado
Esta denominación se refiere a la eliminación de la mayor cantidad de agua para producir un escurrido de los sólidos. El verdadero espesado apunta a la recuperación de todos los sólidos, resultando una clarificación del líquido, pero como en la práctica, y debido a que los agentes floculantes no pueden ser utilizados, en los hidrociclones, como acelerantes de la sedimentación, la recuperación de peso (mass recovery) es limitada y el resultado es un flujo superior turbio, es decir, lo que tiene lugar en el ciclón es un deslamado. La construcción de diques de residuos con hidrociclones es un ejemplo muy conocido de esta técnica. 2. Deslamado
En esta operación el objeto es eliminar las partículas finas junto con el flujo superior. Esto es a menudo necesario para mejorar el producto para procesos posteriores, tales como flotación, separación magnética en húmedo, filtración, etc. En plantas químicas, los ciclones en deslamado se usan frecuentemente para eliminar el agua después de un proceso de cristalización; los cristales finos, son evacuados con el flujo superior, siendo reciclados al cristalizador donde actúan como núcleos para la formación de un nuevo cristal. 3. Refinado
En el refinado, el flujo superior es el producto final y pequeñas cantidades de partículas superiores al tamaño deseado son evacuadas con el flujo inferior. 4. Clasificación selectiva
La separación de una alimentación heterogénea en sus componentes minerales puede basarse en las diferentes características de los minerales: 9
p. ej.: el peso específico (separación por medios densos, ,jigs, mesas, espirales); forma de partículas (mesas, espirales); tensión superficial (flotación); propiedades eléctricas y magnéticas (separadores); solubilidad (proceso de lixiviación); y otras. Algunas veces, tan sólo la diferencia en el tamaño del grano permite la separación por un simple proceso mecánico. 5. Recuperación de sólidos
Los equipos de lavado y escurrido, a menudo, generan efluentes turbios (flujos superiores o filtrados) que transportan con ellos fracciones finas, las cuales causan pérdidas de producto. La recuperación de estas fracciones finas de: tornillos lavadores de arenas, desenlodadores, escurridores, cribas, escurridoras centrífugas, es una aplicación atractiva para los hidrociclones. 6. Recuperación de líquido
Si las aguas de procesos o soluciones madres deben reciclarse, con hidrociclones puede obtenerse a menudo una clarificación satisfactoria. En las plantas de lavado de carbón, este es uno de los problemas más importantes, especialmente cuando los espesadores existentes están sobrecargados;
en
estos
casos,
los
hidrociclones
se
instalan
frecuentemente en paralelo para mantener el nivel de turbiedad del agua de reciclado dentro de valores admisibles.
Ventajas del uso de hidrociclones:
bajo costo de inversión
costo de mantenimiento bajo (no tiene partes móviles)
permite la separación en condiciones drásticas de temperatura y presión.
Caída de presión constante.
Puede ser construido de variados materiales (cerámica, aleaciones, aceros, hierro fundido, aluminio, plásticos) 10
Puede separar tanto partículas sólidas como líquidas, a veces ambas la vez, dependiendo del diseño propio del ciclón
Desventajas del hidrociclón
Baja eficiencia para partículas de tamaño menor que el diámetro de corte, cuando operan en condiciones de bajas cargas de sólido.
Usualmente caída de presión mayor que otros tipos de separadores ( por ejemplo que el filtro de cartucho (bag))
Sujeto a erosión o ensuciamiento, si los sólidos procesados son abrasivos.
Variables que afectan la operación del hidrociclón . Diseño:
Las variables de diseño definen el comportamiento grueso del hidrociclón, el tamañode corte y la nitidez de separación. Las más importantes son:
Tamaño de la unidad.
Tamaños de la alimentación
Vórtex y ápex
El tamaño de corte depende principalmente del diámetro de la unidad, aumentando con unaumento del diámetro. Parámetros del material.
De los parámetros del material, el mas importante es la densidad delmaterial, en la cual si es mayor no se produce una sedimentación y si es menor se mantienenlas partículas en suspensión por mucho mas tiempo.
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Operación:
En las variables de operación se pueden distinguirse entre variables deentrada y salida. Entre las de entrada se tiene el flujo, la concentración y la presión dealimentación. La concentración expresada como fracción volumétrica es la principal variable decontrol que permite que permite cambiar en forma inmediata el tamaño de corte. La mayoría delos investigadores concuerda en que un aumento en la concentración aumenta el tamaño decorte, variante entre 0.1 y 0.25. El tamaño de corte puede variar 1.8 veces por este concepto.La presión de alimentación y el flujo de material están relacionados íntimamente y determinan lacapacidad del equipo. Un aumento en el flujo mejora la eficiencia por un aumento en la fuerzacentrifuga y así partículas más finas son llevadas al underfow. Entre las variables de salida interesa la granulometría del rebalse y la proporción de agua queaparece en la descarga. Existe una interrelación entre ellas, ya que la proporción de agua influyeen el cortocircuito y la granulometría del rebalse es función de la curva de clasificación y de lafracción de cortocircuito. Si lo que se quiere es aumentar la eficiencia de separación del ciclón se aconseja tomar alguna de las siguientes acciones:
Reducir el diámetro del ciclón,
Reducir el diámetro del conducto de salida del gas
Reducir el ángulo del cono,
Incrementar la longitud del cuerpo.
Si lo que se quiere es aumentar la capacidad del ciclón entonces:
Incrementar r el diámetro del ciclón,
Reducir el diámetro del conducto de salida del gas
Incrementar el diámetro de entrada 12
Incrementar la longitud del cuerpo
El incremento de la caída de presión puede resultar en:
Un incremento en la eficiencia de separación
Una manera de mejorar la eficiencia de un ciclón, cuando por ejemplo se trabaja con partículas de tamaño menores de 10 um, es colocar dos ciclones de manera secuencial, el primero de mayor tamaño, el primero puede separar partículas de gran tamaño y el segundo para partículas de tamaño menor.
Flotación La flotación es una "operación física unitaria", esto es, un método de tratamiento en el que predominan los fenómenos físicos, que se emplea para la separación de partículas de una fase líquida. La separación se consigue introduciendo finas burbujas de gas, normalmente aire, en la fase líquida. Las burbujas se adhieren a las partículas, y la fuerza ascensorial que experimenta el conjunto partículaburbuja de aire hace que suban hasta la superficie del líquido. De esta forma, es posible hacer ascender a la superficie partículas cuya densidad es mayor que la del líquido, además de favorecer la ascensión de las partículas cuya densidad es inferior, como el caso del aceite en el agua. Una vez las partículas se hallan en superficie, pueden recogerse mediante un rascado superficial En el tratamiento de aguas residuales, la flotación se emplea para la eliminación de la materia suspendida y para la concentración de los fangos biológicos. La principal ventaja del proceso del proceso de flotación frente al de sedimentación consiste en que permite eliminar mejor y en menos tiempo las partículas pequeñas o ligeras cuya deposición es lenta. Su uso está generalizado para las aguas industriales y no tanto para las urbanas.
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Etapas del proceso de flotación
El proceso de flotación requiere de una serie de etapas, las cuales se describen brevemente a continuación:
Molienda: La molienda se realiza con el fin de lograr que el mineral
adquiera la granulometría que permita obtener el grado de liberación máximo económicamente factible. La operación de molienda no figura como parte del proceso de flotación, sin embargo, es una etapa que incide directamente en el eficiente desarrollo del proceso debido a que las especies minerales deben estar completamente liberadas de la ganga. No obstante, la factibilidad técnica y económica de esto último no siempre es conveniente debido a que alcanzar un grado de liberación completo de la especie implica moler durante más tiempo, lo cual produce sobre molienda que aumenta los costos de operación y se producen lamas que dificultan la operación de flotación.
Acondicionamiento: El acondicionamiento se realiza para otorgar el
tiempo necesario para que los reactivos establezcan las condiciones más favorables para permitir la adecuada adherencia de los minerales valiosos a las burbujas de aire. Los reactivos empleados en la flotación dependen del tipo de mineral, siendo característicos de cada mena. Por otro lado, existen reactivos cuyos efectos presentan una cinética más lenta en relación a otros, siendo necesario, en ciertos contextos, agregar estos reactivos en la etapa de molienda. Esta situación es válida tanto para reactivos modificadores como reactivos colectores.
Aireación: Una vez finalizado el tiempo de acondicionamiento de la pulpa,
de manera inmediata se introduce una corriente ascendente de burbujas de aire, las cuales se adhieren a las partículas del mineral valioso para formar una espuma estable en la superficie.
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Remoción de espuma : La espuma formada es estable debido a los
reactivos espumantes. La espuma contiene el mineral valioso y debe ser recolectada a intervalos constantes durante todo el tiempo que dure la flotación. Reactivos utilizados en flotación
Colectores: inducen la hidrofobicidad en las partículas (xantatos y
ditiofosfatos).
Espumantes: reducen el tamaño de las burbujas y otorgan estabilidad a las
espumas formadas (aceite de pino, alcoholes).
Modificadores : para controlar el pH del sistema, reducir la hidrofobicidad
de la ganga, etc. (cal). La flotación como proceso de descontaminación se realiza con micro burbujas, de diámetros del orden de 15-100 micrómetros (*m) y con burbujas medianas (100600 *m). En el primer caso, la capacidad de remoción de carga de estas burbujas es muy pequeña, sin embargo, hoy en día existen técnicas y equipos que generan burbujas de tamaño intermedio. Las burbujas se añaden, o se induce su formación, mediante uno de los siguientes métodos: 1. Aireación a presión atmosférica (flotación por aireación). 2. Saturación con aire a la presión atmosférica, seguido de la aplicación del vacío al líquido (flotación por vacío). 3. Inyección de aire en el líquido sometido a presión y posterior liberación de la presión a que está sometido el líquido (flotación por aire disuelto FAD). Normalmente, se suelen añadir determinados compuestos químicos para facilitar el proceso de flotación. En su mayor parte, estos reactivos químicos funcionan de manera que crean una superficie o una estructura que permite absorber o atrapar fácilmente las burbujas de aire. Los reactivos químicos inorgánicos, tales como las 15
sales de hierro o de aluminio y la sílice activada, se emplean para agregar las partículas sólidas, de manera que se cree una estructura que facilite la absorción de las burbujas de aire. También se pueden emplear diversos polímeros orgánicos para modificar la naturaleza de las interfases aire-líquido, sólido líquido, o de ambas a la vez. Por lo general, estos compuestos actúan situándose en la interfase para producir los cambios deseados. En los sistemas de flotación por aireación, las burbujas de aire se introducen directamente en la fase líquida por medio de difusores o turbinas sumergidas. La aireación directa durante cortos periodos de tiempo no es especialmente efectiva a la hora de conseguir que los sólidos floten. La instalación de tanques de aireación no suele estar recomendada para conseguir la flotación de las grasas, aceites y sólidos presentes en las aguas residuales normales, pero ha resultado exitosa en el caso de algunas aguas residuales con tendencia a generar espumas. Flotación por aireación.
La flotación por vacío consiste en saturar de aire el agua residual directamente en el tanque de aireación, o permitiendo que el aire penetre en el conducto de aspiración de una bomba. Al aplicar un vacío parcial, el aire disuelto abandona la solución en forma de burbujas diminutas. Las burbujas y las partículas sólidas a las que se adhieren ascienden entonces a la superficie para formar una capa de espuma que se elimina mediante un mecanismo de rascado superficial. La arena y demás sólidos pesados que se depositan en el fondo, se transportan hacia un cuenco central de fangos para su extracción por bombeo. En el caso de que la instalación esté prevista para la eliminación de las arenas y si el fango ha de ser digerido, es necesario separar la arena del fango en un clasificador de arena antes del bombeo a los digestores. La instalación está compuesta por una cuba cilíndrica cubierta, en la que se mantiene un vacío parcial, que incluye mecanismos pares a la extracción de fangos y espumas. La materia flotante se barre continuamente hacia la periferia de la cuba, donde se descarga automáticamente a una arqueta de espumas de 16
donde se extrae de la instalación por bombeo, asimismo, en condiciones de vacío parcial. El equipo auxiliar incluye un calderín para saturar de aire el agua residual, un tanque que proporciona un tiempo de detención corto para la eliminación de las burbujas grandes y las bombas de fangos y de espumas. Flotación por vacío:
La flotación por vacío consiste en saturar de aire el agua residual directamente en el tanque de aereación, o permitiendo que el aire penetre en el conducto de aspiración de una bomba. Al aplicar un vacío parcial, el aire disuelto abandona la solución en forma de burbujas diminutas. Las burbujas y las partículas sólidas a las que se adhieren ascienden entonces a la superficie para formar una capa de espuma que se elimina mediante un mecanismo de rascado superficial. La arena y demás sólidos pesados, que se depositan en el fondo, se transportan hacia una central de lodos para su extracción por bombeo. En el caso de que la instalación esté prevista para la eliminación de las arenas y si el lodo ha de ser digerido, es necesario separar la arena del lodo en un clasificador de arena antes del bombeo a los digestores. Flotación por aire disuelto:
En los sistemas FAD (Flotación por Aire Disuelto), el aire se disuelve en el agua residual a una presión de varias atmósferas, y a continuación se libera la presión hasta alcanzar la atmosférica. En las instalaciones de pequeño tamaño, se puede presurizar a 275-230 kPa mediante una bomba la totalidad del caudal a tratar, añadiéndose el aire comprimido en la tubería de aspiración de la bomba. El caudal se mantiene bajo presión en un calderín durante algunos minutos, para dar tiempo para dar tiempo a que el aire se disuelva. A continuación, el líquido presurizado se alimenta al tanque de flotación a través de una válvula reductora de presión, lo 17
cual provoca que el aire deje de estar en disolución y que se formen diminutas burbujas distribuidas por todo el volumen de líquido. En las instalaciones de mayor tamaño, se recircula parte del efluente del proceso de FAD (entre el 15 y el 20 por ciento), el cual se presuriza, y se semisatura con aire. El caudal recirculado se mezcla con la corriente principal si presurizar antes de la entrada al tanque de flotación, lo que provoca que el aire deje de estar en disolución y entre en contacto con las partículas sólidas a la entrada del tanque. Las principales aplicaciones de la flotación por aire disuelto se centran en el tratamiento de vertidos industriales y en el espesado de fangos. Antecedentes históricos del sistema fad:
El proceso de flotación por aire disuelto surgió en 1924 en los países escandinavos y fue desarrollado inicialmente para la recuperación de fibras en la industria del papel. Hoy en día se reconoce a la FAD como uno de los más económicos y efectivos métodos de recuperación-remoción de sólidos y iones, el tratamiento de aguas de procesos Ventajas e inconvenientes del sistema fad:
La creciente utilización de la FAD en todos los campos, se debe a las diversas ventajas con relación al proceso de coagulación-sedimentación. Entre otras pueden ser citadas: • Alta eficiencia (incluyendo cinética) en la remoción de sólidos. • Menor área requerida para instalación. El equipo de flotación ocupa apenas una
fracción del área ocupada por unidades de sedimentación (para capacidades similares). • Mayor eficiencia en la remoción de DBO que otros procesos de separación. • Alta tasa de separación (o flujo superficial). Existen unidades FAD modernas 18
como capacidad hasta de 40 m/h (m3/m2/h). Esto permite su aplicación en efluentes voluminosos. • Remoción de microorganismos y precipitados difíciles de sedimentar y filtrar.
Las desventajas observadas son:
• Comparada con la sedimentación, la FAD es más sens ible a variaciones de
temperatura, concentración de sólidos en suspensión (> 3-4 %), recargas hidráulicas y principalmente a variaciones en las características químicas y físico químicas de los sólidos en suspensión. • Costos operacionales elevados, principalmente cuando existe necesidad de un
riguroso control automático, de parámetros y dosis de reactivos. Descripción del proceso fad:
La figura que sigue muestra un diagrama de un sistema de FAD continuo, convencional con reciclo de agua tratada al saturador: Pare ver este gráfico descargar la versión completa desde el menú superior, opción: "Bajar trabajo" El proceso se compone de los siguientes subprocesos: Saturación de agua con aire a presión > 3 atmósferas.
Este proceso tiene como objetivo disolver aire en agua a presión elevada para proveer, una vez reducida la presión, del gradiente de concentración de aire y energía necesario para la formación de micro burbujas. La disolución de aire en agua depende de la temperatura y presión. La cinética de disolución depende de las características del sistema de saturación. Esta se lleva a cabo en "saturadores" o estanques herméticos resistentes a la presión, operando en continuo con alimentación de agua y aire. 19
Una de las formas más utilizadas para contactar el aire con el agua es un sistema que emplea un empaque (anillos Rashig) por el cual se distribuye el agua bajo presión y se contacta íntimamente con el aire. Este último método es el más utilizado en el ámbito industrial. Fig. Saturador de aire Lecho de percolación con anillos de Raschig.
Generación de micro burb ujas .
Vía cavitación-nucleación en constrictores de flujo (venturi, válvulas de aguja, placas de orificio). Estas se producen en los constrictores de flujo, situados entre el saturador y la celda de flotación. La selección de este sistema de constricción del flujo es importante porque de su eficiencia depende la distribución de tamaño de burbujas y la cantidad de aire "liberado", dos de los factores de mayor importancia en la FAD. Por ejemplo, simples constricciones de placas con orificios de diámetro variable son baratos y eficientes, consiguiendo valores de "liberación", del orden de 90 % del aire disponible.
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La energía transferida en el proceso de expansión y generación de burbujas depende de la tensión superficial líquido/aire y de la diferencia de presión entre el saturador y la constricción. La energía requerida en la generación de burbujas, en la constricción de flujo, será menor cuanto menor sea la tensión superficial y mayor la diferencia de presiones entre la salida del saturador y el constrictor.
Fig. Constrictor de flujo tipo venturi Después de la expansión, las cavidades llevan un tiempo para alcanzar el tamaño de las burbujas. La "precipitación" del aire en la forma de burbujas no es total en esta expansión a través del constrictor y muchas burbujas son "nucleadas" y formadas en superficies sólidas. Coagulación y/o floculación de las partículas a separar.
Esta etapa involucra la desestabilización de suspensiones coloidales o emulsiones, condición necesaria para que estas se puedan unir en agregados de mayor tamaño, susceptibles de ser capturadas por las micro burbujas. La agregación puede ser realizada vía coagulantes, floculantes o ambos. El tiempo de residencia en esta etapa dependerá del grado de dispersión de los sólidos (o emulsiones) a remover, del tipo y concentración de reactivos y de la hidrodinámica requerida. Otros factores que influyen en el diseño de coaguladores o floculadores son las características del efluente, la cinética de adsorción de contaminantes, en el caso de usar precipitados coloidales adsorbentes y del punto de adición de los reactivos.
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Acondicionamiento para contacto y adhesión de micro burbujas y partículas (zona de "captura").
Esta etapa tiene como objetivo lograr la captura de partículas por burbujas y la formación de agregados "aireados" (con aire aprisionado). Corresponde a la zona donde se libera el agua saturada (reciclo). Flotación y remoción de sólidos flotados (zona de separación).
La flotación propiamente dicho ocurre en un tanque que recibe la suspensión proveniente de la zona de contacto y tiene por objetivo separar las fases flotada y efluente tratado (agua). Los sistemas de descarga del agua tratada, normalmente por el fondo, emplean mecanismos especiales, como canaletas provistas de ranuras que las atraviesan longitudinalmente por su parte inferior, o dispositivos que minimizan la formación de corrientes de agua. El parámetro más importante que debe ser considerado en el diseño de esta etapa, es el "flujo superficial" que es una medida del tiempo de residencia medio del fluido dentro del estanque. En relación con el producto flotado, su extracción es normalmente realizada con un raspador (colector) mecánico que atraviesa lentamente la superficie de la unidad de flotación o situado en el extremo final del estanque separador.
Fig. Tanque de Flotación
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Bibliografía Fuentes bibliográficas:
Tratamiento de aguas industriales: aguas de proceso y residuales, Rigola Lapeña, Miguel, editorial Alfaomega Marcombo, 1989.
INGENIERÍA DE AGUAS RESIDUALES. Tratamiento vertido y reutilización. Ed. Mc Graw Hill. Metcalf & Hedí
Apuntes de la asignatura Tecnología Medioambiental (Tema 2.4).
Curso de ingeniería química: introducción a los procesos, las operaciones y los fenómenos de transportes. José Costa López
Introducción a la recuperación y reciclado de los metales no férreos Francisco Román Ortega.
Fuentes de internet:
Aquapurificacion.com (Sistemas de purificación de agua)
http://www.ing.unlp.edu.ar/dquimica/paginas/catedras/iofq809/apuntes/Ciclo nes.pdf http://www.uclm.es/area/ing_rural/Catalogos/HidraulicaRiegos/RegaberHidr ociclones.pdf http://www.eralgroup.com/pdf/08.pdf http://www.aguamarket.com/diccionario/terminos.asp?Id=2768&termino=Flo tacion+por+Vacio,+Equipos
http://es.scribd.com/doc/17006705/CICLONES-Y-FLOTACION
Lenntech.com (Tratamiento de agua)
Acuamarket.com (Productos y Servicios para la Industria del Agua en Latinoamérica).
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