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8/12/2019 ING. KEIKO

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SEDIMENTACINYCLASIFICACINDESEDIMENTADORES

Tema

Materia:

Procesos de separacin 1

Ing. Qumica 5 semestre

EQUIP

O#3


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La sedimentacin es una mtodo de

separacin de partculas que se estn en un

fluido o gas, siendo usada en la industrias

qumicas como medida de limpieza del fluido ysoluto en estado bruto para su pronta

transformacin en productos finales.


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La sedimentacin:

Es el proceso de movimiento de un fluido, las partculasse precipitan por gravedad o de forma mecnica en el

fondo de un recipiente para separar la mayor cantidad

posible de un lquidos o slidos.

Objetivo

Es separar las partculas de una corriente del fluido conel fin de eliminar contaminantes en el fluido o bien

recuperar partculas.


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roceso de sedimentacin por gravedad

En este mtodo las partculas ms pesadas de

un fluido en el que estn suspendidas, pueden

separarse de un gas o un lquido en un tanquede sedimentacin , donde la velocidad del

fluido baja y las partculas tienen suficiente

tiempo para sedimentar.


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Las partculas relativamente gruesas se llaman arenas mientras que

las de suspensin finas reciben el nombre de limos. Aqu se muestra

que se deja suficiente tiempo, las arenas se sedimentan hasta el

fondo del dispositivo mientras que los limos salen del liquido afluente.


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Pero los dispositivos

mas sencillos de este

tipo tiene una utilidad

limitada debido a que

la separacin no es

completa y se requiere

mano de obra para

retirar la particularsedimentadas en el

fondo del tanque.

Entonces un sedimentador

que retira casi todas laspartculas de un liquido se

le conoce como

clar i f icador

Mientras que un dispositivo

que separa los solidos en

fracciones recibe el nombre

declasi f icador


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Los mtodos de hundimiento y flotacin utilizanun medio lquido de separacin cuya densidad es

intermedia entre el material ligero y el pesado. La

separacin se produce porque las partculas

pesadas sedimentan a travs del medio, mientras

que las ms ligeras flotan.

Este mtodo presenta la ventaja, en principio, de

que la separacin depende solamente de ladiferencia de densidades de las dos sustancias y

es independiente del tamao de las partculas.


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El mtodo de hundimiento y flotacin tambin se le puede

conocer por otro nombre como separacin de fluidoespeso. Los procesos de separacin con fluidos espesos odensos se utilizan para partculas relativamente gruesas,

superiores normalmente a 10 mallas.

El primer problema en la utilizacin de hundimiento yflotacin es la eleccin de un medio lquido con la densidad

adecuada para que el material ligero flote y el pesado se

hunda.

Se pueden utilizar lquidos verdaderos, pero como ladensidad del medio ha de estar comprendida en el intervalo

de 1.3 a 3.5 o superior, existen pocos lquidos que sean

suficientemente densos, baratos, no txicos y no

corrosivos.


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Se pueden emplear hidrocarburos halogenados, y

para limpiar carbn disoluciones de cloruro

clcico.

Lo ms frecuente es utilizar un pseudolquido

consistente en una suspensin acuosa de

partculas tinas de un mineral pesado, como

magnetita (densidad relativa = 5.17), ferrosilicio(densidad relativa = 6.3 a 7) y galena (densidad

relativa = 7.5). La relacin de mineral a agua se

puede variar para obtener un amplio intervalo de

densidades del medio.


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Los mtodos de sedimentacin diferencial utilizan la

diferencia entre las velocidades terminales que puedan

existir entre sustancias de diferente densidad. La

densidad del medio es menor que 1 de cualquiera de

las sustancias.

La desventaja del mtodo reside en que como la

mezcla de materiales a separar comprende un

intervalo de tamaos de partcula, las ms grandes yligeras sedimentarn con la misma velocidad que las

ms pequeas y pesadas, por lo que se obtendr una

fraccin mezclada.


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Considrense partculas de dos materiales A y B que

sedimentan a travs de un medio de densidad (). Sea el

material A el ms pesado, por ejemplo, galena (densidad

relativa = 7.5), y el material B cuarzo (densidad relativa =

2.65).

La velocidad terminal de una partcula de tamao Dp, y de

densidad p que sedimenta por gravedad a travs de un

medio de densidad viene dada por la Ecuacin para lasedimentacin en el rgimen de la ley de Stokes. Para una

partcula de galena de densidad pA y dimetro DpA esta

ecuacin puede escribirse como:

vtA = 2

()18

para la galena

para el cuarzo vtB =2

(

)

18


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Por tanto, para partculas que sedimentan con igual

velocidad

Para la sedimentacin en el intervalo de la ley de

Newton, los dimetros de las partculas con igual

velocidad de sedimentacin, segn la Ecuacin, estn

relacionados por la ecuacin:

=

VtA=VtB


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Para la clasificacin o eliminacin de slidos

relativamente gruesos, que tienen velocidades de

sedimentacin razonablemente grandes, resulta

satisfactoria la separacin en condiciones desedimentacin libre o impedida.

Para separar partculas finas , de dimetros de unos

pocos micrmetros o inferiores, las velocidades de

sedimentacin resultan demasiado bajas y para que laoperacin pueda realizarse, es preciso aglomerar o

flocular las partculas para formar partculas grandes

que posean una velocidad de sedimentacin

razonable.


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La primera de ellas es la complicada estructura de los

flculos. Los agregados poseen dbiles enlaces entre las

partculas y retienen una considerable cantidad de agua en

sus estructuras, que acompaa a los flculos en la

sedimentacin. Aunque inicialmente los flculos sedimentan

de forma libre o impedida.

La segunda caracterstica de las partculas floculadas es la

complejidad de su mecanismo de sedimentacin. La

evolucin de la sedimentacin de una suspensin floculadatpica es como se describe a continuacin:

La Figura


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En el inciso a) muestra una suspensin uniformemente

distribuida en el lquido y lista para sedimentar. La

profundidad total de la suspensin en Z0.

Si no hay arenas en la mezcla, la primera aparicin de

slidos en el fondo del sedimentador, se debe alos flculos que se originan en la parte inferior de la

mezcla.

Fig. Evolucin del proceso de sedimentacin.


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Tal como muestra la Figura estos slidos, que

consisten en flculos que descansan

suavemente unos sobre otros forman una capa

llamada zona D. Encima de la zona D se forma

otra capa, llamada zona C, que es una capade transicin, cuyo contenido en slidos vara

desde el de la pulpa original hasta el de la zona

D. Encima de la zona C est la zona B que

consiste en una suspensin homognea de la

misma concentracin que la pulpa original.

Encima de la zona B est la zona A que, si laspartculas han sido totalmente floculadas, es un

lquido claro. En pulpas bien floculadas el lmite

entre las zonas A y B es ntido. Si quedan

partculas sin aglomerar la zona A es turbia y el

lmite entre las zonas A y B es confuso.


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c) se observa que a medida que avanza lasedimentacin, los espesores de las zonas

D y A aumentan, el de la zona C permanece

constante, mientras que el de la zona Bdisminuye.

d) desaparecen las zonas B y C, y todos los

slidos estn en la zona D, comenzandoentonces un nuevo efecto llamado

compresin. El momento en el que la

compresin resulta por primera vez evidente

recibe el nombre de punto critico. En la

compresin una parte del lquido que

acompaaba a los flculos en la zona decompresin D es expulsado cuando el peso

de los slidos depositados rompe la

estructura de ,los flculos.


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e) cuando el peso de slidos alcanza elequilibrio mecnico con la resistencia a la

compresin de los flculos, se detiene el

proceso de sedimentacin.

En este momento el limo alcanza su

altura final. Todo el proceso que se

representa en la Figura recibe el nombre

de sedimentacin.

Video
http://localhost/var/www/apps/conversion/Videos/Floculacion%20%20%20Tratamientos%20de%20Aguas%20Residuales.mp4http://localhost/var/www/apps/conversion/Videos/Floculacion%20%20%20Tratamientos%20de%20Aguas%20Residuales.mp4


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En la Figura se muestra la

representacin grfica tpica de

la altura de los limos (el lmite

entre las zonas A y B) frente al

tiempo. Tal como indica la

primera parte de la curva,

durante la primera etapa desedimentacin la velocidad es

constante. A medida que el slido

se acumula en la zona D, la

velocidad de sedimentacin

disminuy e y va descendiendo

uni formemente hasta que sealcanza la altura final. El punto

crtico corresponde al punto C.Velocidad de sedimentacin.


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El proceso que se acaba de describir se

realiza a gran escala en un aparato llamado

espesador. Para partculas que sedimentan

con una velocidad relativamente grande

puede resultar adecuado un tanque de

sedimentacin discontinuo o bien un cono desedimentacin continuo.

Sin embargo, para numerosas funciones es

preciso emplear un espesor agitado

mecnicamente como el que se muestra en la

Figura, que consiste en un tanque grande,relativamente poco profundo, provisto de unos

rastrillos o rasquetas radiales que se mueven

lentamente accionados desde un eje central.

Su fondo puede ser plano o ligeramente

cnico.


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Figura- Espesador degravedad. (Eimco Corp.)

Video
http://localhost/var/www/apps/conversion/Videos/Operaciones%20de%20Sedimentacion.mp4http://localhost/var/www/apps/conversion/Videos/Operaciones%20de%20Sedimentacion.mp4


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Los espesadores agitados

mecnicamente son generalmente

grandes, con valores entre 30 a 300

pies (10 a 100 m) de dimetro y 8 a

12 pies (2,5 a 3,5 m) de

profundidad. En un espesador

grande los rastrillos puedenefectuar una revolucin cada 30

minutos.


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En un espesador continuo equipado con

rastrillos para retirar el flujo inferior, la pulpa

de alimentacin se introduce por el centro de

la unidad a una profundidad del orden de 1

metro por debajo de la superficie del lquido.

Tal como muestra la Figura, por encima del

nivel de la alimentacin hay una zona de

clarificacin que casi est libre de slidos,

donde la mayor parte del lquido que entra

con la alimentacin asciende para ser

retirada con la corriente superior. Los slidos

sedimentan por debajo del nivel de la

alimentacin, junto con algo de lquido que

abandona la unidad con el flujo inferior.fig. Concentraciones de

slidos en espesador continuo.


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los flculos individuales estn

dbilmente unidos entre s, y todas las

partculas independientemente de su

tamao descienden con la misma

velocidad.

la concentracin de los slidos

aumenta rpidamente hasta

alcanzar el valor

correspondiente a la corriente

inferior. Esta zona correspondea la zona D de un espesador

discontinuo, si bien, por

supuesto, en un espesador

continuo no vara con el tiempo.

Ejemplo 14 3 3


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Ejemplo 14-3-3

Separacin de un mezcla slice y galena

Se desea separar una mezcla de partculas solidasde slice (B) y galena (A), con tamaos de 5.21 x10-6m

a 2.50x10-5m. por medio de un clasificacin hidrulica

usando condiciones de precipitacin libre de agua a

293.2 K (B1). El peso especifico del slice es de 2.65 y

de la galena 7.5. Calclese los intervalos de tamao de

las diversas fracciones que se obtienen en el proceso. Si

la precipitacin corresponde a la regin laminar, loscoeficientes de arrastre son casi iguales al de la esfera.


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Planteamiento de la solucin

Datos

El intervalo de tamao de la partcula es

DpB= 5.21x10-6 m

DpA= 2.50x10-5m .

Las densidades son PA= 7.5 (1000

3 ) = 7500

3 ,

PB= 2.65 (1000

3 ) = 2650

3 y = 998

3

TH20= 293. 2 K.

La viscosidad del agua es de

= 1.005x10-3Pa = 1.005x10-3

.

g= 9.807 m/ s2


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Sedimentacin por

centrifuga

Los separadores centrfugos se basan en el principio comn de larotacin de un objeto en torno de un eje o punto central. El objeto que

gira en entorno al eje cambia la direccin constante , lo cual se

produce una aceleracin a un cambio de la velocidad rotacional sea

constante . Esta fuerza centrpeta esta regida al centro de la rotacin.

Si el objeto que se hace girar es un recipiente cilindro ,el contenido

de los fluidos y solidos se desarrolla una fuerza igual y opuesta ,

llamada fuerza centr i fu ga hacia las paredes del recipiente.


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Gracias a este principio causa la sedimentacin o

precipitacin de partculas a travs de una capa de

lquidos , o la filtracin de un liquido a travs de un lecho

de un lecho o torta de filtrado en el interior de la cmarade rotacin perforada.

En la figura 14-4-1a

se muestra unrecipiente cilndrico o

tazn giratorio y la

alimentacin de una

suspensin departculas solidas en

un fluido penetra por

el centro.

En la figura 14 4 1b Al entrar


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En la figura 14-4-1b. Al entrar

la alimentacin es arrastrada

de inmediato hacia las paredes

del tazn . La fuerza

gravitacional vertical y la fuerzacentrifuga horizontal actan

sobre el liquido y los solidos, la

fuerza centrifuga suele ser tan

grande , que es posibledespreciar la fuerza de la

gravedad y entonces la capa

liquida asume una posicin de

equilibrio con la superficie casi

vertical. Las partculas se

precipitan horizontalmente

hacia afuera , presionndose

sobre la pared vertical del

tazn. Fig. 14-4-1b


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En la figura 14-4-1 c. Se

muestra la separacin

de dos lquidos condensidades diferentes en

una centrifugacin. El

liquido mas denso

ocupara la periferia, la

fuerza centrifuga es

mayor sobre el.

Fig. 14-4-1c


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Ecuacin para calcular fuerza centrifuga Fc

ae= rw2 ae = es la aceleracion causada por la fuerzacentrifuga en m/ s2 (ft/s2)

r = es la distancia radial al centro de rotacinen m (ft)

w = es la velocidad angular en rad/s


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Ejemplo 14-4-1

Una fuerza centr i fuga

Una fuerza centrifuga en el que el radio del tazn es

de 0.1016 m (0.333 ft) gira a N = 1000 rev/min

a) Calcule la fuerza centrifuga desarrollada en

trminos de la fuerza de gravedad

b) Comprela con la del tazn de radio 0.2032 m , que

gira a la misma rev/min


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Ecuaciones para las velocidades de precipitacin

en centrifugas

Cuando se usa la centrifuga para

sedimentacin (separacin de partculas por

sedimentacin) , una partcula de cierto

tamao puede separar del liquido del tazn

cuando su tiempo de resistencia es

suficiente para que la partcula llegue hasta

la pared . Es posible calcular el dimetro dela partcula mas pequea extrada , cuando

se mueve radialmente a su velocidad

terminal de precipitacin.

E l fi 14 4 2 t d t if d t t b l


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En la fig. 14-4-2 se muestra un esquema de una centrifuga de tazn tabular .La alimentacin penetra por el fondo y se supone que el liquido se desplazahacia arriba a velocidad uniforme, arrastrando consigo partculas solidas


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Se supone que la partcula se mueve de forma radial asu velocidad de precipitacin terminal (Vt) , ( en la fig.14-4-2 se ilustra la trayectoria de la partcula). Una

partcula de cierto tamao se puede separar del liquidocuando se dispone del tiempo suficiente para llegar a lapared del tazn , donde se mantiene. La longitud deltazn es b en metros (m)

Al final del tiempo de RESISTENCIA de Ba partcula en elfluido , dicha partcula esta a una distancia rb en metros

(m) en el eje de rotacin . Si rb


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Ejemplo 14-4-2 precipitacin por centrifuga

Se desea clarificar por centrifugacin una solucinviscosa que contiene partculas con densidad =

1461

3 .La densidad de la solucin es =801

3

y su viscosidad es de 100 cp. La centrifuga tiene

un tazn de r2= 0.02225m , r1 = 0.00716m y una

altura de b 0.1970m. Calclese el dimetro critico

de las partculas mas grandes en la corriente de

salida , cuando N = 2300 rev/min y su velocidad deflujo q = 0.0028323

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