Operaciones Unitarias
Sedimentación y fotación Es una operación de separación de fases fluidosólido en la que las partículas sólidas se separan del fluido debido a que por su mayor densidad, tiend tienden en a sedime sedimenta ntarr debid debido o a la grav graveda edad. d. El fluido puede ser un líquido o gas. Cuan Cuando do el sóli sólido do qued queda a susp suspen endi dido do por por el movi movimi mien ento to del del flui fluido do se da el fenó fenóme meno no de
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fluidización. Usos
Clarificación: Clarificación: Obtener una fase líquida clara, sin sólidos en suspensión suspensión por e!emplo: tratamiento de aguas". Espesamien iento: to: Obtener Obtener una pulpa pulpa de densidad densidad adecua adecuada da para para alguna alguna Espesam operación subsiguiente por e!emplo: pulpa para filtrado". Variables
#ama$o de partícula partí cula %ensidad de las partículas &orma de las partículas 'ropiedades superficiales Otros fenómenos
(edimentación impedida Coagulación &loculación %ispersión Velocidad Velocidad de sedimentación
)a velocidad de separación o velocidad de sedimentación est* las propiedades del sólido, del líquido o de la mezcla. 'ropiedades del sólido %ensidad &orma +ugosidad superficial Condición elctrica de su superficie Cynthia Kareli González González
determinada por
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%istribución granulomtrica
'ropiedades de la fase líquida %ensidad iscosidad aturaleza molecular (ubstancias disueltas 'ropiedades de la mezcla Concentración de sólidos • iscosidad de la mezcla •
3 )as zonas de sedimentación y la del líqui líquido do claro claro crece crecen n a e/pen e/pensa sas s de las zona zona de concent concentraci ración ón uniforme uniforme 0asta que desaparece punto crítico". 1ast 1asta a este este punt punto, o, las las part partíc ícul ulas as sedime sedimenta ntan n librem libremen ente, te, c0oca c0ocand ndo o eventualmente debido a la conce concentr ntraci ación. ón. %esp %espu us s del del punto punto crítico, las partículas descansan una sobre otra producindose una compresión final. Esto ocurre debido al peso de la columna 0idrost*tica.
)a 2nica interfase nítida es la e/istente e/istente entre el agua clara y la pulpa. )a variación de esta altura respecto del tiempo se utiliza para caracterizar la sedimentación batc0. )a velocidad de desplazamiento se calcula mediante la pendiente de la curva.
)a curva presenta tres zonas típicas: 3 +ecta al principio, principio, en que que la velocidad velocidad de de la interfase interfase es constant constante. e. 3 #ramo #ramo curvo, curvo, cuando cuando desaparece desaparece la zona de de concentración concentración constant constante. e. 3 4sintótic 4sintótica, a, despus despus del punto punto crítico. crítico.
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Tipos de sedimentación Sedimentación discreta:
Ocurre en suspensiones diluidas, las partículas tienen muy poca interacción con otra otras s mie mientra ntras s sedi sedime ment ntan an.. )as part partíc ícul ulas as sedimentan de acuerdo a la )ey de (toc5s.
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El par*metro de dise$o es: #asa de flu!o superficial 6overflo78 94s".
Sedimentación floculante: )as partículas floculan conforme sedimentan. sedimentan . )a velocidad de los flóculos se incrementa con el tiempo.
'ar*metros de dise$o: ; #asa de flu!o superficial. ; 'rofundidad del tanque. ; #iempo de retención 0idr*ulico
)a teoría b*sica del flu!o de sólidos a travs de fluidos se basa en el concepto de cuerpos con movimiento libre
%onde: & es la fuerza resultante que act2a sobre cualquier cuerpo es la aceleración del cuerpo, y m es la masa del mismo. )as fuerzas que act2an sobre cualquier cuerpo que est* cayendo son:
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Flotación
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)a flotación es en realidad una forma de decantación. (e utiliza para separar un sólido con menos densidad que el líquido en que est* suspendido. 'or e!emplo, en una una mezc mezcla la de aren arena a y aser aserrí rín n agre agrega gamo mos s agua agua.. )a flot flotac ació ión n perm permit ite e una una separación m*s o menos manual de la mezcla.
¿Cómo se realiza la flotación? )a pulpa pulpa provenie proveniente nte de la molienda molienda,, que tiene ya incorpo incorporad rados os los reactivos reactivos necesarios para la flotación, se introduce en unos recept*culos como piscinas, llamados celdas de flotación. %esde el fondo de las celdas, se 0ace burbu!ear aire y se mantiene la mezcla en constante agitación para que el proceso sea intensivo. )os reactivos que se incorporan en la molienda tienen diferentes naturalezas y cumplen diferentes funciones: Reactivos espumantes: #ienen como ob!etivo el producir burbu!as resistentes. ♥ Reactivos colectores: #ienen la misión de impregnar las partículas de sulfuros de cobre y de molibdeno para que se separen del agua efecto 0idrófobo"" y se peguen en las burbu!as. ♥ Reactivos depresantes: %estinados a provocar el efecto inverso al de los reactivos colectores para evitar la recolección de otros minerales como la pirita, que es un sulfuro que no tiene cobre. ♥ Otros aditivos : Como la cal sirven para estabilizar la acidez de la mezcla en un valor de p1 determinado, proporcionando el ambiente adecuado para que ocurra todo todo el proces proceso o de flotac flotación ión.. )as )as burbu burbu!as !as arras arrastra tran n cons consig igo o los los miner minerale ales s sulfu sulfura rados dos 0acia 0acia la supe superfi rficie cie,, dond donde e rebas rebasan an por el borde borde de la celda celda 0acia 0acia canaletas canaletas que las conducen 0acia estanques especiales, desde donde esta pulpa es enviada a la siguiente etapa. ♥
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Operaciones Unitarias ¿Cul es el producto del proceso de flotación? )uego de varios ciclos en que las burbu!as rebasan el borde de las celdas, se obtiene el concentrado, en el cual el contenido de cobre 0a sido aumentado desde valores del orden del <= originales en la roca" a un valor de 0asta ><= de cobre total. El concentrado final es secado mediante filtros y llevado al proceso de fundición.
!"uipos de sedimentación # flotación
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Tan"ue Tan"ue simple de precipitación por $ravedad 'recipitación para la dispersión líquido-líquido • C*mara de precipitación de polvos •
Clasificador simple de precipitación por $ravedad
Clasificador Spitz%asten
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Operaciones Unitarias !spesador de sedimentación
Ley7de Stokes )a )ey de (to5es se refiere a la fuerza de fricción e/perimentada por ob!etos esfricos movindose en el seno de un fluido viscoso en un rgimen laminar de ba!os n2meros de +eynolds. &ue derivada en @< por Aeorge Aabriel (to5es. En gener general al la ley de (to5 (to5es es es v*lid v*lida a en el movimi movimien ento to de partí partícu culas las esfr esfrica icas s peque peque$as $as movin movindo dose se a veloc velocida idade des s ba!as ba!as.. 'ara 'ara los ob!et ob!etos os muy pequ peque$ e$os os domina la fuerza de rozamiento. )a ley de (to5es nos da dic0a fuerza para una esfera: &r B Dvr En donde r es el radio de la esfera. Cuando una disolución precipita, la velocidad velocidad de sedimentación est* determinada por la ley de (to5es y vale: v B Fr F GH I G" g J (e puede verificar que la velocidad aumenta no uniformemente con el tiempo pero alcanza un valor límite, que ocurre cuando la fuerza resultante fuese nula. )as tres fuerzas que act2an sobre la esfera est*n representadas en la figura (on adem*s adem*s la fuerza viscosa, viscosa, el peso de la esfera, esfera, ' y el empu!e, empu!e, E. Kgual Kgualan ando do la resu resulta ltant nte e de esas esas tres tres fuerza fuerzas s a cero cero obten obtenemo emos s la velocidad límite ). %onde G y GL son las las densid sidades de la esfera era y del medi medio o -F respectivamente y g es la aceleración de la gravedad J,?< cm s ". &plicaciones Conociendo las densidades de la esfera, el líquido y la velocidad de caída se puede calcular la viscosidad a partir de la fórmula de la ley de (to5es. 'ara me!orar la precisión del e/perimento se utilizan varias bolas. )a tcnica es usada en la industria para verificar la viscosidad de los productos, en caso como la glic glicer erin ina a )a ley ley de (to5 (to5es es tamb tambi in n es impo import rtan ante te para para la comp compre resi sión ón del del Cynthia Kareli González González
Operaciones Unitarias movi movimi mien ento to de micr microo oorg rgan anis ismo mos s en un flui fluido do,, así así como como los los proc proces esos os de sedimentación debido a la gravedad de peque$as partículas y organismos en medios acu*ticos. Otras aplicaciones
%ise$o de sedimentadores %ise$o de desaladoras de petróleo crudo para quitarle el agua con sal que tiene emulsionada" aerosoles. En muc0os tipos de caracterización caracterización de materiales En estudio de aerosoles. como catalizadores sólidos, polímeros, etc.
Filtración 8 )a filtración es una de las tcnicas de separación m*s antiguas. Es un mtodo físico-m físico-mec* ec*nico nico para para la separac separación ión de mezclas mezclas de sustanc sustancias ias compues compuestas tas de diferentes fases fase B componente 0omogneo en un determinado estado de agregación". Mn medio filtrante poroso es atravesado por un líquido o gas fase <" y las partí partícul culas as sólid sólidas as o gotíc gotícul ulas as de un líquid líquido o fase fase F" qued quedan an reten retenida idas s en la superficie superficie o en el interior del medio filtrante. En función de las fases se distinguen diferentes campos de aplicación: &iltración de: • • • •
'artículas sólidas de líquidos suspensiones" 'artículas sólidas de gases Aotículas líquidas de gases aerosoles" Aotículas de un líquido no miscible de otro líquido emulsiones".
Con Con ayud ayuda a de la filt filtra raci ción ón se puede ueden n sepa separa rarr compo ompone nent ntes es sóli sólid dos de sus suspens pensio ione nes s o gase gases, s, así así como como comp compon onen ente tes s líqu líquid idos os de aer aerosol osoles es o emulsiones. Nediante un filtro 0idrófobo se puede filtrar p.e!. agua de combustibles. 4ire u otros gases se pueden limpiar de aerosoles de agua, aceite o alquitr*n. En función del problema o bien de la finalidad de la filtración, se distingue entre filtración de separación o filtración clarificante. En el caso de la filtración de separación, se trata de recuperar un determinado sólido de un líquido torta de filtrado" para seguir traba!ando con el sólido. 4quí no es imprescindible que todas las partículas sean eliminadas del líquido. Contrariamente, en la filtración clarificante, el líquido se debe debe limpia limpiarr en lo posi posible ble comple completam tament ente e de compo compone nente ntes s indes indesea eados dos o precipitados, para poder seguir traba!ando con el líquido purificado. Cynthia Kareli González González
Operaciones Unitarias )a filtració filtración n tiene tiene una amplia amplia gama de aplicac aplicacione iones: s: desde desde el proced procedimien imiento to analí analític tico o en el labora laborato torio rio 0asta 0asta aplic aplicac acio iones nes tcni tcnicas cas en grand grandes es líneas líneas de producción. En practicamente todas las ramas industriales se filtra 3 ya sea p.e!. en el an*lisis de alimentos, el ensayo de morteros, el an*lisis de 0umos o en el control microbiológico.
Tipos de filtros
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)a elec elecci ción ón del del tipo tipo de filt filtro ro m*s m*s adec adecua uado do depe depend nde e de muc0 muc0os os fact factor ores es diferentes: de la especie, cantidad y tama$o de partículas a separar, de la especie, volumen y temperatura del medio a filtrar, así como del mtodo de filtración y de la precisión requerida. )as e/igencias para el filtro son tan diferentes como lo son cada cada uno uno de los los camp campos os de apli aplica caci ción ón.. (e tien tienen en que que tene tenerr en cuen cuenta ta las las características químicas y físicas de la muestra a filtrar, así como el consiguiente an*lisis o manipulación del precipitado o del filtrado. Campo de aplicación de los diferentes tipos de filtros
En función del tama$o de las partículas a separar se pueden emplear diferentes tipos de filtros.
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!"uipos de filtración
)a filtración a escala industrial va desde el simple colado 0asta separaciones separaciones muy comple!as. El fluido puede ser líquido o gas, las partículas sólidas pueden ser grues gruesas as o finas finas,, rígid rígidas as o pl*st pl*stica icas, s, redo redond ndas as o alar alargad gadas, as, indiv individu idual alida idades des separadas o agrupaciones, etc. )a suspensión de la alimentación puede ser de alta o ba!a concentración de sólidos, puede estar fría o caliente, y someterse a vacío o a alta presión. #odavía se complica m*s si se tiene en cuenta que unas veces es el fluido la fase valiosa, a veces lo es el sólido, y ambos a la vez. En algunos casos la separación 0a de ser total y completa y en otros solo parcial. 'or tanto, se 0an desarrollado numerosos tipos de filtros para resolver cada caso determinado. Cynthia Kareli González González
Operaciones Unitarias Mna primera clasificación de los mismos pudiera ser en: a" Coladores, re!illa met*lica en un canal de flu!o" b" clarificadores, tambin para peque$as cantidades de sólidos que generalmente se desec0an" c" filtros de torta, para gran cantidad de sólidos, provistos a veces con dispositivos para lavarlos"
d" espesadores de filtro, su misión es separar algo del líquido claro y producir una suspensión m*s concentrada". Otra clasificaci clasificación ón pudiera pudiera 0acerse 0acerse en aquello aquellos s que funcion funcionan an a presión, presión, por gravedad, debido a una altura de líquido, por una bomba o por fuerza centrífuga" o a vacío. #ambin podemos clasificar entre filtros continuos, descarga de sólidos y líquido ininterrumpida" y discontinuos, la operación se interrumpe periódicamente para separar los sólidos depositados". )os factores m*s importantes para la selección de un filtro son: a" resistencia específica de la torta filtrante b" la cantidad de suspensión a filtrar c" la concentración de sólidos en la suspensión y d" la facilidad de descarga de la torta formada. Mna clasificación m*s importante de los filtros es la siguiente: &' Filtros discontinuos:
<" &iltros abiertos a presión, de gravedad, filtro prensa" F" &iltros de 0o!as. (' Filtros continuos: Cynthia Kareli González González
Operaciones Unitarias <" +otatorios, de tambor o discos" F" otros, tales como 'rayon, de cinta 0orizontal, cartuc0os filtrantes, etc. C' Filtración Filtración en centr)fu$as* centr)fu$as* de modo que la fuerza impulsora la proporciona el movimiento centrífugo. Filtros de lec+o* ,o de arena': (on e!emplos de la filtración en profundidad, en el que que las partíc partícula ulas s pene penetra tran n en los inters interstic ticios ios del del lec0o lec0o filtra filtrante nte,, qued quedan ando do atrapadas. (e usan para depuración de aguas urbanas y tratamiento de aguas residuales con muy ba!os contenidos en sólidos. El lavado de estos lec0os 0a presentado presentado problemas, 0acindose un retrolavado, con flu!o en sentido inverso de aire seguido de agua.
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utiliza zan n cuand cuando o se desea desean n filtra filtracio ciones nes m*s r*pida r*pidas. s. (e Filtros Filtros prensa prensa:: (e utili const construy ruyen en en dos formas: formas: prens prensa a de placa placas s y marcos marcos,, y prens prensa a de placa placas s rebordeadas o c*maras.
-' Filtros
prensa
de
placas # marcos:
En ellos no se alcanza la caída de presión constante desde el principio de la filtración, sino que 0ay un periodo de filtración a caudal constante al comienzo de la misma. (on una serie de placas y marcos alternos soportados por un par de raíles las placas tienen una superficie superficie acanalada o estriada. El marco 0ueco est* separado de la placa por una tela filtrante y la prensa se cierra por medio de un tornillo manual o 0idr*ulico. Entre cada par de placas se forma por tanto una Cynthia Kareli González González
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.' Filtro prensa de cmaras:
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c*mara. )a suspensión se introduce por un orificio del marco y el filtrado pasa a travs de la tela de cada lado, de modo que se form forman an dos dos tort tortas as en cada cada c*ma c*mara ra.. El filtrado circula 0acia aba!o por la superficie de las placas y se descarga a travs de un grifo. grifo. 'uede 'uede inspecc inspecciona ionarse rse el filtrado filtrado de cada placa, pudindose aislar una de ellas, si se estropea o aquel no resulta claro. En algunos se prev la calefacción por vapor.
(imilar al anterior pero se prescinde de los marcos, y las c*maras individuales est*n formadas entre placas sucesivas. 'or tanto, el espesor de la torta no puede variarse. variarse. El canal de alimentación alimentación generalmente difiere del anterior, siendo por el centro. En estos estos dos caso casos s se 0an 0an obte obtenid nido o me!or me!oras as muy importa importantes ntes:: grande grandes s unidade unidades, s, material materiales es nuevos nuevos y m*s ligeros, mayores presiones y grado de automatización, escurrido m*s completo que facilita el posterior lavado, etc. Estos filtros presentan: a" gran versatilidad b" ba!o coste de mantenimiento, c" *rea filtrante grande en un espacio reducido, d" f*cil detección de fugas, e" y sirven tanto si es el sólido o el líquido el producto valioso. 'ero 'ero tamb tambi in n pres presen enta tan n una una seri serie e de inco inconv nven enie ient ntes es:: a" func funcio iona nami mien ento to discontinuo que puede provocar el desgaste de las telas, y b" no son adecuados para grandes vol2menes.
Filtros Filtro s de +o/as: En ellos, la caída de presión constante se alcanza desde los primeros instantes de la filtración. (on apropiados para tratar grandes vol2menes de suspensión, de modo que, para la misma capacidad que un filtro prensa, ocupan menos espacio. )os 0ay de diferentes tipos: filtro Noore, Pelly, (7eetland, allez, i*gara, verticales u 0orizontales", etc. %ependiendo del tipo de 0o!as, la mayor o menor uniformidad y facilidad de separación de la torta, la facilidad de lavado y la instalación de la tela.
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Operaciones Unitarias En ellos, cada 0o!a est* rodeada de la tela filtrante de modo que la torta queda depositada en el e/terior y el líquido claro pasa al interior, bien por vacío o por presión.
4 Filtros rotatorios continuos:
)os 0ay de tambor rotatorio y de discos. (on filtros de succión, en los que la filtraci filtración, ón, lavado, lavado, secado secado y descarg descarga a de la torta torta se realiza realizan n autom*ti autom*ticame camente, nte, precisando, por tanto, de poca mano de obra. -' Filtro de tambor :
Es un cilindro 0orizontal que gira parcialmente sumergido en un depósito con la suspensión agitada. )a superficie cilíndrica est* agu!ereada y se cubre con la tela. (e succiona 0aciendo vacío, y el líquido claro atraviesa la tela, mientras la torta se va formando en la superficie. )a capacidad de filtración depende de la velocidad de rota rotació ción. n. (i la torta torta se resqu resqueb ebra! ra!a, a, se compr comprime ime con con una una correa. 'resenta una serie de venta!as: a" #iene un funcionamiento autom*tico y continuo, por lo que precisa poca mano de obra b" (e pueden obtener tortas de cualquier espesor, espesor, sin m*s que modificar la velocidad de giro c" #ienen una capacidad muy grande. .' Filtro de discos:
(imilares a los anteriores, sólo que tienen un cierto n2mero de 0o!as filtrantes dispuestas sobre un e!e. 'roporcionan peor lavado que el anterior y la descarga de la torta es m*s difícil, pero ofrecen un *rea muc0o mayor.
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