INTRODUCCIÓN Un proceso de separación se usa para transformar una mezcla de sustancias en dos o más productos distintos. Los productos separados podrían diferir en propiedades químicas o en algunas propiedades físicas, tales como el tamaño o tipo de cristal. Salvo muy pocas excepciones casi todos los elementos o compuestos químicos se encuentran naturalmente en estado impuro, tales como la mezcla de dos o más sustancias. Muchas veces surge la necesidad de separarlos en sus componentes indivi duales. Un buen ejemplo es el petróleo. el petróleo. Los procesos de separación pueden ser clasificados como procesos de transferencia de masas. La masas. La clasificación puede basarse en los medios de separación, mecánico o químico. La elección de la separación depende de una evaluación de ventajas y desventajas de cada uno. Como ejemplos de procesos de separación tenemos: floculación, sedimentación, tamizado, destilación, decantación, elutriación, etc. Las aplicaciones a plicaciones de separación sepa ración en el campo de la ingeniería ambiental son muy m uy importantes, tanto en el tratamiento de agua residuales como en el control de contaminantes atmosféricos, la cual nos enfocaremos en el presente trabajo monográfico explicando el proceso de elutriación de partículas y en sus principios de funcionamiento.
ELUTRIACIÓN
OBJETIVOS
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OBJETIVO GENERAL: Estudiar la determinación de tamaño de partícula por el proceso de elutriación.
OBJETIVOS ESPECÍFICOS:
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Conocer el método de determinación de partícula por elutriación utilizando la corriente de un fluido.
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Conocer los tipos de elutriación existentes y sus principios.
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Conocer el funcionamiento de un elutriador y sus aplicaciones.
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Determinar el rango de tamaño de partícula por elutriación.
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Establecer la importancia de la elutriación en la ingeniería ambiental.
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ELUTRIACIÓN
La elutriación es un fenómeno que consiste en la separación de finos por arrastre en un lecho que contiene una mezcla de diferentes tamaños de partículas. También se puede definir como el proceso de separación de partículas más ligeras de las más pesadas, cuando estas están pulverizadas, por medio de una corriente de un fluido (generalmente aire o agua). Bajo ciertas circunstancias el viento, los ríos y las corrientes pueden actuar como agentes naturales de elutriación.
En cuanto al tratamiento de lodos se puede decir que es el proceso de eliminar (lavar) la alcalinidad de un lodo digerido en condiciones anaeróbicas, para disminuir la cantidad de acondicionadores químicos ácidos y para mejorar las características de sedimentación y de eliminación de agua. Generalmente se designa con este término a la reducción de la concentración de una impureza de un sólido, mediante lavados repetidos.
En la elutriación, las partículas más pequeñas y más grandes están forzadas a separarse con el uso de una columna de líquido o gas. Se puede utilizar en el nivel macro o micro, desde la preparación de muestras de células (o partículas) para el análisis de separación de reciclaje de flujo único.
PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO:
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En la elutriación, el fluido se mueve en dirección contraria a la sedimentación de las partículas, las cuales se separan por su diferencia de densidad.
Un fluido estacionario sedimenta con la fuerza de sedimentación o la fuerza de gravedad (a), mientras que con la elutriación, estas partículas se mueven en dirección contraria a dicha sedimentación
TIPOS DE ELUTRIACIÓN:
Existen fundamentalmente 2 tipos:
Elutriación horizontal
Una corriente de partículas suspendidas pasa por una cámara de sedimentación. Las partículas que dejan la corriente se acumulan en el fondo de la cámara.
Elutriación vertical
Las partículas de un determinado tamaño ascienden con el fluido, mientras que las más grandes sedimentan por influencia de la gravedad. En la elutriación, el agua se utiliza como principal fluido. Cuando la muestra es hidrosoluble, se sustituye el agua por corrientes de aire. La elutriación con aire suele producir un fraccionamiento más neto de la muestra y en menos tiempo que la elutriación con agua.
ELUTRIADOR
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También conocido como hidroseparador, es un equipo utilizado en el estudio de sedimentos, para determinar la distribución del tamaño de partículas. El equipo para su uso en la elutriación está disponible en un número de fabricantes y la gente puede ordenar equipos personalizados para aplicaciones únicas. El elutriador se utiliza en la industria como selector de partículas. En su inter ior se depositan las partículas en función de su caída por gravedad. En la industria de la minería se utiliza para separar amalgamas de arenas negras y piritas después de la amalgamación del oro. Entre otros usos típicos están en los procesos de plástico granulado, operaciones metálicas secundarias, procesos agrícolas o de alimentos y en la industria petroquímica.
Funcionamiento:
El material de alimentación es transportado con el suministro principal de aire a la carcasa en espiral. Se crea una corriente en el espiral, allí el material se separa en dos fracciones, material fino y grueso. El material fino es succionado hacia el interior a través del rotor y deja el clasificador junto con el aire. El material grueso es lanzado por la fuerza centrífuga contra la pared de la carcasa y cae hacia abajo.
ELUTRIADOR MULTIETAPA:
Está compuesto por una serie de tubos, con diámetros decrecientes, donde se obtiene una fracción de partículas determinada por la velocidad de sedimentación y la velocidad ascensional del agua que es introducida por la parte inferior del primer tubo. En los tubos siguientes, la alimentación viene procedente de la parte superior del tubo anterior, realizándose el mismo efecto.
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ELUTRIACIÓN CENTRÍFUGA
En la elutriación centrífuga se hace que la corriente del fluido gire, para impartir una gran fuerza centrífuga a las partículas suspendidas. Las partículas que son demasiado grandes para seguir la dirección del flujo se separan sobre las paredes o en el fondo del elutriador, o ciclona. Las partículas más finas salen con la corriente de descarga. Con algunos clasificadores centrífugos, se puede obtener separación hasta un tamaño alrededor de 0.5 um El Dorrclone es un ejemplo de clasificador centrífugo. La alimentación ingresa tangencialmente por el sector superior. Las fuerzas centrífugas del vórtice lanzan las partículas más gruesas contra la pared, donde se reúnen y después caen para salir del aparato. Las partículas más finas se dirigen al espiral interior del vórtice y son desplazadas hacia arriba; por último, salen por la parte superior de la unidad.
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LA FELVACIÓN
La felvación es un proceso singular que combina la elutriación y el tamizado junto con un flujo de velocidad variable y un lecho fluidificado turbulento para conseguir la separación de las partículas. Estas se fluidizan dentro de la columna de felvación. Si se acelera en forma gradual el flujo del fluido, las partículas muy finas suben y atraviesan la superficie de un tamiz interpuesto en la porción superior de la columna. Después, estas partículas finas son filtradas para separarlas de la corriente del fluido. Si se acelera todavía más el fluj o, a través del matiz ascienden partículas cada vez más grandes, hasta que se llega a una etapa en que las apenas más grandes que las aberturas del tamiz son elutriadas hacia arriba hasta el tamiz. Por la forma en que son presentadas las partículas al tamiz, hay muy poca oclusión de las aberturas. Además, como el tamiz sólo debe servir como un calibre “pasa, no pasa” y no como superficie de sostén para el polvo, se requiere una superficie de tamiz relativamente pequeña. Por consiguiente, en este proceso se puede utilizar tamices electroformados más uniformes aunque más costosos, de un tamaño de hasta 10 um.
Por lo general, en todas las técnicas de elutriación, en cada fracción aparecen partículas de tamaño demasiado pequeño o demasiado grande, por lo que se desea de un corte más nítido se requiere de un reciclado. Modificando de forma escalonada la velocidad de un fluido se puede separar la muestra en fracciones. Después se determina la cantidad que hay en cada fracción y se calculan los límites de tamaño, mediante la ecuación de Stokes o se los mide directamente por microscopia.
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ELUTRIACIÓN EN EL LABORATORIO
En el laboratorio, la elutriación consiste en la separación mediante centrifugación, de células (u otras partículas) basado en el tamaño de las mismas. El equipo de elutriación está diseñado para trabajar con partículas muy pequeñas en las muestras de sangre, orina, y otros materiales, y para ser fácilmente esterilizado entre usos. Los técnicos de laboratorio tienen que ver con la contaminación, así como la clasificación, y deben seguir procedimientos precisos cuando se utiliza el equipo para asegurarse que las muestras no entren en contacto entre si y causar lecturas falsas.
Proceso de separación de células por elutriación:
A. Una población mixta de células entra en la cámara de separación con una velocidad de flujo y una velocidad de centrifugación determinada. B. Se aumenta la velocidad de flujo (o se reduce la velocidad de rotación) para que los distintos tipos de células se vayan separando. Las células más pequeñas se colocan en el frente de elutriación. C. Se vuelve a aumentar la velocidad de flujo (o a reducir la velocidad de rotación) para que las células más pequeñas salgan de la cámara y se puedan recoger.
ELUTRIACIÓN EN LA INGENIERÍA AMBIENTAL
1. CONTROL DE CONTAMINANTES DEL AIRE: Los elutriadores son una parte del grupo de controladores de la contaminación del aire, conocidos colectivamente como pre-limpiadores, porque se utilizan para reducir la carga de materia particulada a la entrada de los dispositivos recolectores finales, al remover las partículas abrasivas de mayor tamaño. Los elutriadores son utilizados principalmente en procesos no contaminantes para separar las partículas por tamaño, principalmente las de diámetro aerodinámico mayor de 10 micras (µm), mediante el asentamiento por gravedad. Por lo general, los elutriadores se diseñan para aplicaciones específicas. No son adecuados para cumplir con las regulaciones estrictas en materia de contaminación del aire, pero cumplen un propósito importante en la clasificación de tamaños del material particulado para su disposición o re-introducción al proceso. Típicamente, los elutriadores son utilizados para separar las partículas más grandes de las más pequeñas que permanecen en la
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corriente del gas desechado. Con frecuencia son seguidos de algún otro colector mecánico (ej. un ciclón), el cual remueve la materia particulada más pequeña. Por lo general, los elutriadores tratan flujos de volúmenes más bajos que la mayoría de los otros colectores mecánicos (ej. ciclones, cámaras de asentamiento, separadores por impulso), y son considerados generalmente más como un control del proceso que como un equipo para el control de la contaminación del aire.
Principio de operación:
Un elutriador es esencialmente una cámara vertical de asentamiento. Los elutriadores consisten de uno o más de tubos verticales o torres en serie, por dentro de los cuales fluye hacia arriba una corriente de gas contaminado con polvo, con una velocidad definida por la rapidez del flujo del gas y el área de la sección tranversal del tubo. Las partículas grandes, con velocidades terminales de asentamiento superiores a la velocidad del flujo hacia arriba del gas, son separadas y recolectadas en el fondo de la cámara. Las partículas más pequeñas con menores velocidades de asentamiento, son arrastradas fuera del colector. El tamaño de partícula que se atrapa, puede variar cambiando la velocidad del gas. La clasificación por tamaño de las partículas atrapadas puede lograrse utilizando una serie de tubos con diámetros cada vez mayores. Las tolvas son utilizadas por lo general para recolectar al material asentado. El sistema de remoción de polvo debe estar sellado para prevenir la entrada de aire a la cámara, lo que aumenta la turbulencia, causa arrastre de polvo en el gas y evita la descarga adecuada del polvo del equipo.
Características de la Corriente de Emisión:
a) Flujo de aire: Las velocidades típicas del flujo de gas para una unidad elutriadora son de 0.25 a 4 m 3/seg a condiciones estándar. b) Temperatura: Las temperaturas de entrada del gas están limitadas únicamente por los materiales de construcción del elutriador, y han sido operados a temperaturas tan altas como 540 °C.
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c) Carga de contaminante: Las cargas típicas de contaminantes del gas desechado, varían de 20 a 4,500 gr/m 3 en condiciones estándar. c) Otras consideraciones: La entrada de aire frío al elutriador puede causar condensación por enfriamiento local súbito del gas. La condensación puede causar corrosión, acumulación de polvo y obstrucción de la tolva o del sistema de remoción de polvo. El uso de aislamiento térmico puede reducir las pérdidas de calor y prevenir la condensación, manteniendo la temperatura en el interior del dispositivo por encima del punto de rocío.
Eficiencia de recolección:
Por lo general, la eficiencia de recolección de los elutriadores aumenta con: 1) El tamaño de la partícula y/o la densidad 2) La disminución de la velocidad de flujo 3) El número de tubos verticales o torres Se puede emplear la fuerza de gravedad para remover partículas cuando la velocidad de asentamiento es mayor a aprox. 13 cm/seg. En general, esto se aplica a partículas mayores a 50 um si la densidad de la partícula es baja; y hasta de 10 um si las partículas son relativamente densas. Las partículas menores a 10 um requieren distancias de flujo verticales excesivas, lo que hace que el dispositivo sea de altura excesiva. La eficiencia de recolección de MP10 es muy baja; típicamente menor a 10%.
2. ACONDICIONAMIENTO DE LODOS Fundamentalmente, el secado de lodos es difícil especialmente si tienen consistencia gelatinosa. En estos lodos, la eliminación del agua por filtración al vacío, por ejemplo, es muy difícil, recomendándose un tratamiento previo. El acondicionamiento del lodo se realiza con el expreso motivo de mejorar sus características de deshidratación. Los métodos más frecuentemente usados suponen la adición de químicos y el tratamiento térmico. La elutriación, operación física de lavado, se emplea para reducir la cantidad necesaria de producto químico de acondicionamiento.
Efecto de la elutriación en el Cl3Fe, necesario para el acondicionamiento de lodos
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La elutriación, que implica el mezclar el lodo digerido con agua y posterior sedimentación, no mejora las características de deshidratación, pero reduce la cantidad necesaria de coagulantes químicos. El costo inicial y de funcionamiento de la elutriación debe, por tanto, quedar justificado con la economía resultante en el costo de los productos químicos. Está operación consigue reducir la alcalinidad disminuyendo, en consecuencia, la cantidad de coagulante requerido. Para lavado se utiliza agua limpia o residual tratada, pudiendo significar una reducción del 50% o más en la cantidad de productos coagulantes necesarios. La cantidad de agua utilizada para lavado es de unas 2 partes de agua por 1 parte de lodo. Este lavado suele ser en contracorriente y en múltiples etapas. El lodo se bombea de una etapa a otra en contracorriente con el agua de lavado.
Dimensionado del tanque:
El dimensionado del tanque de elutriación depende de varios factores: 1) Naturaleza de los sólidos del lodo antes de la digestión (primaria, activada o mezclada) 2) Porcentaje de volátiles (los lodos poco volátiles son más densos) 3) Porcentaje de sólidos en el lodo (limita el volumen a tratar) 4) Método de elutriación (discontinuo en comparación con contracorriente) 5) Relación de elutriación (determina el volumen del agua a eliminar y el tamaño del tanque para una sedimentación adecuada) 6) Programa de operación (volumen de almacenamiento del lodo requerido para la operación de filtrado) El lodo y el agua se mezclan en un tanque provisto de agitación lenta. El tiempo necesario para el mezclado es corto (inferior a 1 minuto), pero se requieren de 3 a 4 horas para la sedimentación, y colectores y paletas espesadoras para promover la densificación y transportar el lodo a la poceta de evacuación. También se usan tanques rectangulares con colectores de lodos totalmente sumergidos. Las cargas de superficie se seleccionan de forma tal que las partículas excesivamente finas no se pierdan en el agua de lavado. Unos 0.245 m 3/m2.día es el máximo tolerable con mezcla de lodo activado primario digerida.
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CONCLUSIONES - La elutriación es un proceso utilizado para separar partículas finas de las partículas gruesas, del tamaño inferior al que puede separarse en los tamices, en variados tam años graduados y el medio empleado suele ser un líquido o el aire. - Se conoció los diferentes tipos de elutriación como elutriación horizontal, elutriación vertical, elutriación con aire, elutriación centrífuga y la felvación; y los principios que rigen en sus funcionamientos. - Los elutriadores se utilizan en la industria como selector de partículas. En la industria de la minería se utiliza para separar amalgamas de arenas negras y piritas después de la amalgamación del oro. Entre otros usos típicos están en los procesos de plástico granulado, operaciones metálicas secundarias, procesos agrícolas o de alimentos y en la industria petroquímica. - Las aplicaciones de la elutriación en la ingeniería ambiental son muy importantes, tanto como en el control de contaminantes atmosféricos; para la reducción de carga de material particulado de mayor tamaño a la entrada de los dispositivos recolectores finales, como en el tratamiento de lodos; para la reducción de productos químicos en el acondicionamiento de lodos.
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BIBLIOGRAFÍA
PÁGINAS WEB:
https://personal.us.es/mfarevalo/recursos/tec_far/separacion_solidos.pdf https://prezi.com/qgegi9_5rclg/en-quimica-e-ingenieria-quimica-un-proceso-deseparacion-se/ https://prezi.com/6wnvspu8cjr9/elutriacion-y-flotacion/ https://es.scribd.com/document/332487546/ELUTRIACION http://tesis.uson.mx/digital/tesis/docs/4314/Capitulo7.pdf
LIBROS:
GENNARO, Alfonso, F. (2003) Remington Farmacia. (pp.199-200). Buenos Aires: Médica Panamericana. NEMEROW, N. & DASGUPTA, A (1998) Tratamiento de vertidos industriales y peligrosos . (pp.804-805). Madrid: Díaz de Santos
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