Clase Sedimentacion

HIJOS DEPENDE EL P

R O G R E S O D E L O

S U S E D O Z R E

S

P

U

F

S

E L E D

U E B O S L

U N ASA M

SEME SE MEST STRE RE 201 20155- II NELLY CASTRO VICENTE [email protected]

Sección de Ingeniería de los Alimentos

Es una operación unitaria de separación de fases sólida y líquida en la que las partículas sólidas mas pesadas se separan del fluido mediante la acción de la gravedad. Es un proceso que forma parte de la potabilización del agua y de la depuración de aguas residuales.

Ma Nelly Castro Vicente



Sedimentación



Desventajas de la Sedimentación



Un sinónimo de decantación es sedimentación, que por definición significa prácticamente lo mismo, lo único que las diferencia, es que en el proceso de decantación es el líquido claro que sobrenada en una suspensión, el que posteriormente será de utilidad, y en la sedimentación, es el lodo que se deposita en el seno del líquido el que será de utilidad.



La sedimentación y la filtración deben considerarse como procesos complementarios: Sedimentación: realiza la separación partículas más densas que el agua.

de

las

Filtración: en cambio separa aquellas partículas de una densidad próxima a la del agua



1. Sedimentación Simple : cuando las partículas que se asientan son discretas, o sea partículas que no cambian de forma, tamaño o densidad durante el descenso en el fluido. 2. Sedimentación Inducida: cuando las partículas que se sedimentan son aglomerables, o sea que durante la sedimentación se aglutinan entre sí cambiando de forma y tamaño y aumentando de peso específico.



 La

velocidad de sedimentación está determinada por las propiedades del sólido, del líquido o de la mezcla

Partícula sólida

 Propiedades del Sólido ⁻Densidad ⁻Forma ⁻Rugosidad superficial ⁻Distribución granulométrica

fluido



Cuando una partícula se mueve a través de un fluido existente, varias fuerzas actúan sobre dicha partícula. Para el movimiento de una partícula rígida en un fluido existen tres fuerzas que actúan sobre los cuerpos, la gravedad que actúa hacia abajo, la fuerza de flotación que actúa hacia arriba y la resistencia o fuerza de retardo que actúa en dirección opuesta al movimiento de la partícula. Consideremos una partícula de masa “m” Kg. cayendo a la velocidad V (m/seg) con relación al fluido.

=F



R = Σ Fy = m x a m x a = F – E – F´r m x a = mg – Wg- F´r ……(1) =F



Donde: m = masa de la partícula sólida W = masa del fluido desplazado por las partículas. g = aceleración debido a la gravedad (m/s2 ) En ecuación (1) m dV = mg – wg – FR’ dt

……..(2)



Stokes: demostró que la fuerza resistente que se opone al movimiento de una partícula esférica , para el flujo en régimen viscoso laminar, resulta igual a: FR’ = 3 π D u V

……..(3)

Donde: D = diámetro de la partícula u = viscosidad del fluido V = velocidad de la partícula en relación al fluido Caso de la Esfera M = V x ρs = ( π D3 ) ρs 6

………(4)



Ecuaciones (3), (4) en (2) ( π D3 ) ρs x dV = ( π D3 ) ρs x g - ( π D3 ) ρL x g - 3 π D u V 6

dt

6

6

( π D3 ) ρs x dV = π D3 ( ρs - ρL ) g - 3 π D u V 6

dt

6

Dividiendo por: (π D3 ρs ) / 6 dV = ( ρs - ρL ) g - 18 u V dt

ρs

D2 ρs



dV = 0 → por que llega su velocidad límite igual a cero → Vmáx dt

( ρs - ρL ) g = ρs

Vm =

18 u Vm D2 ρs

D2 g ( ρs - ρL )

Ecuación de Stokes: Válida solo para flujo laminar y para partículas esféricas

18 u Vm = velocidad terminal o velocidad de sedimentación ρs - ρL = diferencia de las densidades del sólido y del líquido. u = viscosidad del fluido.



Ecuación de Stokes: El criterio para que sea flujo laminar es que: Re ≤ 2 Demostró que: CD =

24 Re

Donde: CD = coeficiente de retardo o de arrastre. Re = N de Reynolds. Conclusiones de Stokes: - A mayor tamaño de partícula, mayor velocidad de sedimentación . - A mayor temperatura, mayor velocidad de sedimentación porque decrece la viscosidad



Se parte del mismo principio supuesto para la Ley de Stokes.

R = Σ Fy = m x a = mg – Wg - F´r ……(1) FR’ =

C D ρL A V2 ……..(2)

2 Para partículas esféricas:

m =

π D3 ρs 6

A=

π D2 4



En la ecuación (2) FR’

=

W =

C

π

D

. ρL . π D2 V2 8

D3

6

m

dV dt

……..(2)

ρL

= mg – wg – F´r ……..(3)



Reemplazando en la ecuación (3) π D3 ρs

6

dV = π D3 g dt

( ρs - ρL ) - C

D

π D2ρL V2

6

8

Dividiendo entre

(π D3 ) . ρs

6 dV = dt

( ρs - ρL ) g - 3 C ρs

D

ρL V2

4 D ρs

……….(4)



Para Velocidad máxima:

0 = ρs - ρL g ρs

Vm2 =

Vm = dV = 0 dt - 3 C D ρL Vm2 4 D ρs

4 ( ρs - ρL ) g . D 3 ρL . C D

Vm =

4 ( ρs - ρL ) g . D 3 ρL . C D

1/2

Ecuación de la Ley de Newton para Flujo Laminar y Turbulento


La zona de sedimentación consta de un canal rectangular con volumen, longitud y condiciones de flujo adecuadas para que sedimenten las partículas.  La zona de salida está constituida por vertederos, canaletas o tubos con perforaciones que tienen la finalidad de recolectar el efluente, sin perturbar la sedimentación de las partículas depositadas.  La zona de recolección de lodos está constituida por una tolva con capacidad para depositar los lodos sedimentados y una tubería y válvulas para su evacuación periódica.




Sedimentador por gravedad, que consiste en una serie de recipientes cónicos de diámetro creciente en dirección del flujo. La suspensión penetra al primer recipiente, donde se separan las partículas de tamaño más grande y mayor velocidad de precipitación. El flujo de derrame pasa al siguiente recipiente, donde se produce otra separación. El proceso continúa en los recipientes subsecuentes. La velocidad del flujo ascendente de agua se controla en cada recipiente para obtener el intervalo de tamaño deseado.



Pueden ser rectangulares, circulares o cuadrados, pero todos operan por el mismo principio de recolectar los sólidos sedimentables Entrada de suspensión

Salida de fluido

Partículas granulares

Partículas intermedia s

Partícula s finas

Alimentación

Liquido

Liquido - liquido

Ligero

Liquido pesado



 Separación 

del almidón

Eliminación de sólidos de aguas negras

 Industria

azucarera



Procesamiento de aceites ( separación de la Borra).



Tratamiento refrescantes

 Tratamiento  

floculación

aguas

para

bebidas

efluentes residuales

Principal ventaja: economía energética

Principal desventaja: espacio, control, tiempo



•En la industria azucarera

Sólido sumergido + jugo SEDIMENTADOR CONTINUO DORR

SEDIMENTADOR POR LOTE S + jugo

Cachaza

Jugo limpio



Coeficiente de Arrastre en función del número de Reynolds

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