RESUMEN Separación Separación de mezclas mezclas bifásicas bifásicas heterogén heterogéneas eas formadas formadas mediante mediante decant decantaci ación ón y compar comparaci ación ón de los tiempos tiempos y veloci velocidad dades es de decantación para cada mezcla, para lo cual se uso el método de Stok Stokes es,, para para deca decant ntar ar un sóli sólido do en dos dos dife difere rent ntes es flui fluido dos, s, de diferentes densidades y viscosidades, con lo cual se espera obtener tiem tiempo poss de deca decant ntac ació ión, n, adem además ás de por por medi medio o de cálc cálcul ulos os la velocidad terminal de decantación, para ser comparadas, con lo cual podemos concluir que a pesar de ser una relación directamente proporcional, la viscosidad de las sustancias es uno de los factores más más infl influy uyen ente tess en la ley ley de Stok Stokes es,, y para para un proc proces eso o de decantación, ya que, la partícula necesita más fuerza para romper la tensión que produce un fluido mas viscoso.
DESC DESCR RIPTO IPTORE RES: S: !"#$%S& !"#$%S& '!#%() '!#%()%# %#*+(& *+(& !$+#*'% !$+#*'%'-)! '-)!*(% *(%$& $& $!/-'!-S)+0!S
PRÁCTICA #3 DECANTACIÓN
1. Objetivos 1.1. Separar mezclas bifásicas heterogéneas formadas mediante decantación. 1.2. #omparar los tiempos y velocidades de decantación para cada mezcla. 1.3. %nalizar si las condiciones utilizadas en la e1perimentación son las adecuadas para utilizar la ley de Stokes.
2. Teor! 2.1.Me"$! %etero&'(e! )2na mezcla heterogénea determinada no posee una composición uniforme, pues la proporción de las sustancias puede variar de una parte a otra en una misma muestra3 por lo tanto, la mezcla puede presentarse en uno, dos o tres estados de agregación.4567
2.2.M'to*os *e se+!r!i,( *e -e"$! %etero&'(e! )$as mezclas pueden separarse mediante procedimientos simples o comple8os. !ntre los métodos simples se encuentran9 evaporación, tamizado, decantación, filtración. / los métodos de separación comple8os están9 precipitación, destilación, cromatografía.45:7
2.3. De!(t!i,( /0(*!-e(to A+$i!io(es. )Se separan dos componentes, un sólido y un liquido, con base en su diferencia de estado de agregación y su densidad. Se vierte el liquido hasta que el sedimento del solido queda prácticamente solo en el fondo del recipiente original, se usa para la separación de compuestos sólidos.45;7
2..Co!&0$!i,( )!s una reacción química que tiene lugar por la adición de determinados productos químicos a una dispersión coloidal, produciendo una desestabilización de las partículas coloidales o emulsionadas, mediantes la neutralización de las cargas eléctricas que tienden a mantenerlas separadas.45<7
2.4./$o0$!i,( =$as partículas formadas de un proceso de coagulación son de un tama>o muy peque>o su decantación va a ser muy difícil debido a las ba8as velocidades de decantación que precisan y a la resistencia que se origina a su paso a través de la masa de agua, siendo necesario su reagrupación en otras de mayor tama>o formando una especie de pi>a o rista entre ellas que permita una mayor velocidad de decantación, al proceso de reagrupamiento en otras de mayor tama>o se denomina floculación.45?7
3. P!rte E5+eri-e(t!$ 3.1.M!teri!$es 3.1.1. !mbudo de decantación
@ ango9 ?AA ml B
3.1.2. #ronometro
@ ango9 CCC,CC minutos3 %pD A,A6 minutos B
3.1.3. Soporte universal
3.1.. Einza para el soporte 3.1.4. ecipiente grande
@ ango9 FAA ml3 %pD 6AA ml B
3.2.S0st!(i!s o re!tivos: 3.2.1. %gua
G:+
3.2.2. %ceite de cocina 3.2.3. %rena para construcción 3.3.Proe*i-ie(to 3.3.1. %rmar el equipo de decantación su8etando el embudo en el soporte universal. 3.3.2. erter la mezcla 6 aguaHarena en el embudo de decantación y de8ar en reposo. 3.3.3. )omar el tiempo hasta que las sustancias de la mezcla se separen. 3.3.. ecolectar la arena abriendo la llave hasta el interfaz sólidoHlíquido. 3.3.4. epetir el proceso para la mezcla : aceiteHarena 3.3.6. egistrar los datos obtenidos y procesarlos con las ecuaciones dadas. . Proes!-ie(to *e D!tos
.1.D!tos E5+eri-e(t!$es T!b$! .171 D!tos E5+eri-e(t!$es Me"$! 1 Me"$!
Tie-+o *e *e!(t!i,( 8s9
1 2
<6I :FF
.2.D!tos A*iio(!$es T!b$! .271 D!tos A*iio(!$es
S0st!(i !
De(si*!* 8&-39
;isosi*!* 8P9 −3
A&0!
1∗10
6
−3
2,52∗10
Aeite A,C: Are(! 6,CC HH /UENTE: %tt+:<<<.=-e*.0b!.!r*e+tote>*ietot2?1.+*= T!b$! .272 D!tos A*iio(!$es S0st!(i!
Di@-etro *e $! +!rt0$! 8--9
Are(!
6
.3.M'to*o *e Proes!-ie(to *e D!tos Eara esta práctica se realizará un procesamiento de datos mediante cálculos. Eara esto se proporcionará las respectivas fórmulas para analizar los datos e1perimentales obtenidos.
..C@$0$os ..1. C@$0$o *e $! ve$oi*!* *e *e!(t!i,( -e*i!(te $! $e *e Stoes +!r! $! -e"$! 1. 2
v d 1 =
Da g 18 μag
Ec: 5.4.1-1
( ρa− ρag )
#%$#2$+ +'!$+ 3 2
v d 1=
( 1∗10− ) (9,8 ) ( −4
18 ( 1∗10
v d 1=5,39
)
1990 −1000 )
m s
'onde9
v d 1 : velocidadde decantaciónde lamezcla 1 D p : diámetro dela arena g : aceleraciónde la gravedad
μag : viscosidad del agua ρa : densidad dela arena ρag : densidad del agua
..2. C@$0$o *e $! ve$oi*!* *e *e!(t!i,( -e*i!(te $! $e *e Stoes +!r! $! -e"$! 2. 2
Da g v d 2 = ( ρa− ρal ) 18 μ al
Ec: 5.4.2-1
#%$#2$+ +'!$+
( 1∗10− ) (9,8 ) ( 3 2
v d 2 =
−4
18 ( 2,52∗10
v d 2=2,31
)
1990 −920 )
m s
'onde9
v d 2 : velocidadde decantaciónde la mezcla 2 D p : diámetro dela arena g : aceler ación de la gravedad
μag : viscosidad del aceite ρa : densidad dela arena ρag : densidad del aceite
.4.Res0$t!*os T!b$! 4.471 Tie-+o *e *e!(t!i,( Me"$!
Observ!io(es
$a mezcla que se ha puesto en el embudo, sedimenta muy rápido, y de manera que se puede observar dos fases completamente distintas, inclusive, se ve que el fondo son solo rocas. $a mezcla se ve un poco descolorida, además de que se han formado burbu8as, su sedimentación es muy lenta, se ve en el fondo una fase de aceite antes de las rocas, no ha sedimentado, ni se han formado dos fases.
1
2
T!b$! 4.472 ;e$oi*!* *e *e!(t!i,( Me"$!
;* 8-s9 ?,;C
1 :,;6
2
Observ!io(es $a sedimentación es muy rápida, se forman de manera rápida las dos fases, y se notan de manera clara y perfecta. !n todo el tiempo que se tomo, nunca se formaron dos fases, una velocidad muy lenta, tanto que se podía observar a las arenas flotar.
4. Dis0si,( !n la práctica actual se uso el método de Stokes para la comprobación de factores que diferencian la velocidad terminar de una misma partícula, para la cual se uso dos diferentes fluidos para sedimentar, el cual es un método efectivo, siempre y cuando nuestro régimen es laminar, ya que para este régimen es la ley de Stokes. $os errores que se pueden cometer en una práctica así pueden ser, que al momento de mantener el compuesto en el embudo no se sostuvo con el soporte universal ni con pinzas, por lo que si se agitaba un poco la solución esta se volvía a homogenizar dentro del fluido lo que reduce el tiempo que este se va a sedimentar, otro error que no se toma en consideración, es el régimen en el que se traba8a, el fluido, ni la repetitibilidad para la aceptación de los datos, la forma del embudo tampoco se toma en cuenta en ninguna parte de la ecuación, lo que si alguna partícula se golpea con el fondo de pared, se considera como sedimentada, la formación de las fases depende también de la observación, ya que, no se espera a que todas las partículas se encuentren en la fase solida que se encuentra en el embudo. Eor lo que se recomienda, usar una superficie mas plana en donde se pueda visualizar de me8or manera la formación de dos fases sin la e1istencia de contra flu8os drásticos, dentro de la tubería u ob8eto a usar para demostrar la ley de Stokes, en este régimen laminar.
6. Co($0sio(es 6.1. Se separaron las fases, por medio de la decantación, en donde, se observo que la viscosidad de un fluido es más influyente que la densidad, debido a la diferencia que e1iste dentro de los resultados obtenidos, ya que a pesar de tener menor densidad, pero mayor viscosidad a la arena se le hace más difícil avanzar atreves de ese fluido.
6.2. Se puede observar que para el proceso completo de decantación, usar agua es más rápido que la decantación en aceites, debido a que si se hubiera tomado todo el tiempo en aceite, este hubiera sido muy grande a comparación del agua, por lo que el agua es más rápido por su viscosidad.
6.3. $as condiciones otorgadas al sistema hace que se cumpla la ley de Stokes, ya que se le dio dos tipos de fluidos de diferente densidad y viscosidad, además de una partícula que puede sedimentar de una manera eficaz sin sufrir transferencia de masa con los alrededores, por lo que se cumplen todos los requerimientos de la ley de Stokes
B. Re=ere(i!s ib$io&r@=i!s
B.1.Cit!s ib$io&r@=i!s 567 E*#%'+, %3 *ntroducción al estudio de la materia, Erimera edición, !ditorial universidad !statal a distancia, #osta ica, :AAC, página
B.2.ib$io&r!=! 567 E*#%'+, %3 *ntroducción al estudio de la materia, Erimera edición, !ditorial universidad !statal a distancia, #osta ica, :AAC, página
. A(e5os
.1. Di!&r!-! *e$ E0i+o ;er A(e5o 1
F. C0estio(!rio F.1. De-ostr!r $! ve$oi*!* *e *e!(t!i,( $e *e Stoes. elocidad terminal para una partícula completamente circunferencia
Vt =
(
(
4∗ Dp ∗g∗ ρp − ρ 3∗ ρ∗Cd
)
)
1 2
'onde se tiene que eynolds, para este flu8o se usa de esta manera9
Rep=
ρ∗Vt ∗ Dp μ
24
Cd = ( Laminar ) Rep
24∗ μ Cd = ρ∗Vt ∗ Dp
Vt =
Vt =
Vt =
(
4∗ Dp∗g∗( ρp − ρ ) 3∗ ρ ∗24∗ μ
ρ∗Vt ∗ Dp
)
1 2
4∗( ρp− ρ )∗g∗ ρ∗Vt ∗ Dp
2
72∗ μ
( ρp
ρ )∗g∗ Dp 18∗ μ
−
2
F.2. GC0@$ es e$ +ri(i+io =sio +!r! re!$i"!r se+!r!io(es +or *e!(t!i,(H !l principio físico fundamental para esto, es el principio de %rquímedes, de empu8e, ya que, este habla de que el compuesto con menos densidad va a flotar, mientras que los mas denso va al fondo, ya que supera la densidad del fluido que lo tiene.
F.3. G0' restriio(es se *ebe( te(er +!r! 0ti$i"!r $! $e *e StoesH H
!l fluido se debe encontrar en régimen laminar.
H
$a partícula se le considera una circunferencia.
H
(o le considera la masa de la partícula.
F.. G0' +!r@-etro se o(si*er! e( e$ so$ve(te e( 0(! -e"$! +!r! $! ve$oi*!* *e *e!(t!i,(H 7
$a densidad del fluido en el cual se va a decantar.
7
$a densidad de la partícula.
7
$a viscosidad del fluido a usar para la decantación.
F.4.E( !so *e te(er 0(! e-0$si,(J Ges +osib$e re!$i"!r $! *e!(t!i,(H si (o es !sJ 0e -e*i*! +0e*e to-!r +!r! +o*er *e!(t!r $! -0estr!. 'ebido a que las emulsiones, son soluciones químicas, formadas por una interface, se debe usar una sustancia química para separar a las sustancias, por lo que usar químicos en una emulsión es lo mas eficiente
