INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL

ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERIA MECNICA Y ELECTRICA

Departamento de Ingeniera en Control y Automatizacin

Exposicin: Sedimentacin y Precipitacin

Materia:

Operaciones de SeparacinProfesor:

Ing. Julio Lara Garca Ing. Marisol Prez VzquezGrupo:

6am2Integrantes:

Herrera Ramos Isaac Villanueva Chvez Omar Domnguez Castelazo Benjamn

Exposicin: Sedimentacin y PrecipitacinINSTITUTO POLITECNICO NACIONAL

ObjetivoComprender en que se basa la tcnica de sedimentacin y precipitacin dentro de los procesos fsico-mecnicos que sirven para separar mezclas y suspensiones de distintas fases en la industria.

Bosquejo de exposicin Objetivo

AlcanceSe abordarn diferentes ejemplos especficos de esta operacin unitaria, as como los equipos industriales utilizados para este fin, tales co mo espesadores, clarificadores, desaguadores espirales, de placas inclinadas, equipo de coagulacin, etc . Adentraremos el tema con ejemplos prcticos y el anlisis matemtico de la dinmica de las partculas dentro de ste proceso de separacin.

Alcance Relacin de Temas Procesos de separacin fsico-mecnica DEFINICIN EJEMPLOS Movimiento de partculas en un fluido PRECIPITACIN SEDIMENTACIN Y ESPESAMIENTO EQUIPOS de Sedimentacin

Relacin de TemasTodos los procesos de separacin de las exposiciones previas hasta ahora, se fundamentan en diferencias fisicoqumicas de las propias molculas y en sus transferencias de masa. Las molculas individuales se separan en dos fases a causa de las diferencias moleculares. En esta exposicin se considerar un grupo de procesos de separacin que no se lleva a cabo a escala molecular ni se debe a diferencias entre las diversas molculas presentes. La separacin se logra usando fuerzas fsico-mecnicas y no fuerzas moleculares o qumicas ni difusin. Estas fuerzas fsico-mecnicas actan sobre partculas, lquidos o mezclas de partculas y lquidos, y no necesariamente sobre molculas individuales. Las fuerzas fsico-mecnicas incluyen la gravitacin y la centrifugacin y las fuerzas cinticas causadas por flujos. Las corrientes de partculas o fluidos se separan debido a los diferentes efectos que sobre ellas producen estas fuerzas.

Procesos de separacin fsico-mecnicaSon un grupo de procesos de separacin que no se lleva a cabo a escala molecular ni se debe a diferencias entre las diversas molculas presentes. La separacin se logra usando fuerzas fsico-mecnicas y no fuerzas moleculares o qumicas. Estas fuerzas fsico-mecnicas actan sobre partculas, lquidos o mezclas de partculas y lquidos, y no necesariamente sobre molculas individuales. Las fuerzas fsico-mecnicas incluyen la gravitacin y la centrifugacin, las fuerzas mecnicas propiamente dichas y las fuerzas cinticas causadas por flujos. Las corrientes de partculas o fluidos se separan debido a los diferentes efectos que sobre ellas producen estas fuerzas. Estos procesos de separacin fsico-mecnicos se considerarn en el presente captulo de acuerdo con la clasificacin siguiente: Filtracin. El problema general de la separacin de partculas slidas de lquidos se puede resolver usando gran diversidad de mtodos, dependientes del tipo de slido, de la proporcin de slido a lquido en la mezcla, de la viscosidad de la solucin y de otros factores. En la filtracin se establece una diferencia de presin que hace que el fluido fluya a travs de poros pequeos que impiden el paso, de las partculas slidas las que a su vez, se acumulan sobre la tela como torta porosa. Precipitacin y sedimentacin. En la precipitacin y la sedimentacin las partculas se separan del fluido debido a las fuerzas gravitacionales que actan sobre las partculas de tamaos y densidades diferentes. Precipitacin y sedimentacin por centrifugacin. En las separaciones por centrifugacin, las partculas se separan del fluido a causa de las fuerzas centrfugas que actan sobre las partculas de tamaos y densidades diferentes. Se usan dos tipos generales de procesos de separacin. En el primer tipo de proceso se lleva a cabo una precipitacin o sedimentacin por centrifugacin. Filtracin centrfuga. Se asemeja a la filtracin ordinaria en la que un lecho o torta de slidos se acumula en una pantalla, pero se utiliza la fuerza centrfuga para provocar el flujo en lugar de una diferencia de presin. Reduccin mecnica de tamao separacin. Las partculas slidas fragmentan por medios mecnicos tamaos ms pequeos y se separan acuerdo con sus dimensiones. y se en de

DEFINICI NUn precipitado es el slido que se produce en una disolucin por efecto de difusin o de una reaccin qumica. A este proceso se le llama precipitacin. Dicha reaccin puede ocurrir cuando una sustancia insoluble se forma en la disolucin debido a una reaccin qumica o a que la disolucin ha sido sobresaturada por algn compuesto, y al no poder ser disuelto, dicho soluto forma el precipitado.

EJEMPLS Eliminacin de slidos de aguas negras La sedimentacin de cristales del licor madre La separacin de mezclas lquido-lquido (de etapa de extraccin con disolvente de un sedimentador) La sedimentacin de partculas alimenticias slidas de un lquido preparado La sedimentacin de una suspensin en el proceso de lixiviacin de la soya. Aislar la fase dispersa en una extraccin lquido-lquido

La sedimentacin es una operacin de separacin slido- fluido en la que las partculas slidas de una suspensin, se separan debido a la densidad del disolvente y el soluto, la concentracin y el tamao de las partculas en suspensin, la presencia o no de coagulantes en la mezcla y el estado de agitacin del conjunto. El producto de mayor inters suele ser generalmente el fluido libre de partculas, pero en otros casos es el propio producto slido; aunque rara vez se consigue la separacin total de las dos fases de forma absoluta y ntida.

Teora de movimiento de las partculas en un fluidoCuando una partcula se mueve a travs de un fluido, varias fuerzas actan sobre ella. Primero, se requiere una diferencia de densidades entre la partcula y el fluido. Debe haber una fuerza gravitatoria externa que imparta un movimiento a la partcula. Si las densidades del fluido y de la partcula son iguales, la fuerza de flotacin sobre la partcula contrarrestara a la fuerza externa y la partcula no se mover con respecto al fluido. Para el movimiento de una partcula rgida en un fluido existen tres fuerzas que actan sobre los cuerpos: la gravedad que acta hacia abajo, la fuerza de flotacin que acta hacia arriba y la resistencia o fuerza de retardo que acta en direccin opuesta al movimiento de la partcula. Consideraremos una partcula de masa m (kg) cayendo a una velocidad de v (m/s) con relacin al fluido. La densidad de la partcula slida es de slido y la del lquido es La fuerza de flotacin Fb (N) sobre la partcula es Si empezamos desde el momento en que el cuerpo deja de estar en reposo, su cada pasa por dos periodos: el de cada acelerada y el de cada a velocidad constante. El periodo inicial de aceleracin suele ser bastante corto, del orden de una dcima de segundo ms o menos. Por consiguiente, el periodo de cada a velocidad constante es el ms importante. A esta velocidad se le llama velocidad de precipitacin libre o velocidad terminal. Para despejar el valor de la velocidad terminal en la ecuacin y la expresin toma la forma. Para partculas esfricas se toman los datos de rea y masa estndar para sustituirlas y finalmente concretar la formula para calcular la velocidad para partculas esfricas. Donde el coeficiente de arrastre es la constante de proporcionalidad, esto es, un numero adimensional. Entonces, la fuerza resultante sobre el cuerpo es Fg .

Esta fuerza resultante debe ser igual a la debida a la aceleracin:

Sustituyendo las ecuaciones anteriormente descritas.

Donde , es el volumen de la partcula, y g es la aceleracin de la gravedad. La fuerza de gravitacin o externa Fg en N que acta sobre la partcula es Fg = mg La fuerza de arrastre sobre un cuerpo, en N, se puede deducir del hecho de que, como en el caso de flujo de fluidos, la resistencia al flujo o arrastre es proporcional a la carga de velocidad del fluido desplazado por el cuerpo en movimiento. Esto se debe multiplicar por la densidad del fluido y por un rea significativa A, tal como el rea proyectada de la partcula.

PRECIPITACI NPrecipitacion Y Sedimentacion En La Separacion De Particula Fluido En la precipitacin y la sedimentacin, las partculas se separan del fluido por la accin de las fuerzas gravitatorias. Las partculas pueden ser de tipo slido o gotas de lquido, el fluido puede ser un lquido o un gas y estar en reposo o en movimiento. En algunos procesos de precipitacin y sedimentacin, el objetivo es eliminar las partculas de la corriente del fluido para que ste quede libre de contaminantes. En otros casos, se desea recuperar las partculas como productos, por ejemplo al aislar la fase dispersa en una extraccin lquido-lquido. En algunos casos, las partculas se suspenden en fluidos para separarlas, de acuerdo con su tamao o densidad.

TIPS DE SEDIMENTACINLa separacin de una suspensin diluida por la accin de la gravedad con la obtencin de un fluido transparente y otra suspensin con mayor proporcin de slidos, se llama sedimentacin. Cuando una partcula esta a suficiente distancia de las paredes del recipiente y de otras partculas, de manera que no afecten su cada, el proceso se llama sedimentacin libre. Cuando las partculas estn muy juntas, se sedimentan a velocidad menor y el proceso se llama sedimentacin frenada. Resultado de la precipitacin por lotes: a) Suspensin original uniforme b) Zonas de precipitacin despus de un tiempo determinado c) Comprensin de la zona D despus de que desaparecen las zonas B y C

APLICACIONES Entre las aplicaciones de la precipitacin y la sedimentacin se incluye: La eliminacin de slidos de aguas negras La sedimentacin de cristales del licor madre La separacin de mezclas lquidolquido provenientes de la etapa de extraccin con disolvente de un sedimentador. La sedimentacin de partculas alimenticias slidas de un lquido preparado La sedimentacin de una suspensin en el proceso de lixiviacin de la soya.

SEDIMENTACIN Y ESPESAMIENTO Mecanismos de Sedimentacin: Cuando una suspensin diluida precipita por gravedad en un fluido claro y en una suspensin de mayor concentracin de slidos, el procesos se le llama sedimentacin. Determinacin de velocidad de precipitacin:

Equipo para sedimentacion y precipitacion.Tanque simple de precipitado por gravedad Espesador de SedimentacinPara este caso se trata de obtener un lquido concentrado en slidos y un liquido transparente, provenientes de una suspensin diluida. Trabajando en rgimen continuo, este espesador posee un raspador de rotacin lenta llevando todo slido o lodo espeso al fondo del equipo. La alimentacin se realiza por el centro del equipo y el raspador lleva la solucin de lodos al fondo, esta agitacin provoca la separacin del lquido con el material espeso, mientras que en la parte superior se lleva acabo un derrame de lquido transparente que rodea al tanque. La precipitacin inicia en la parte superior y conforme ms al fondo existe una zona de transicin donde se congregan ms slidos y al fondo una zona de compresin, la velocidad de la zona diluida debe ser menor a la de precipitacin para obtener un lquido transparente en su totalidad, mientras que en la zona ms profunda de espesamiento la velocidad es mnima debido a la gran cantidad de materia junta existente.

Estos equipos generalmente pueden mostrarnos la separacin entre 2 fases lquidas, la velocidad del flujo de la mezcla debe ser lenta para permitir que las gotas del lquido asciendan o desciendan y puedan generar la interfaz. Otro ejemplo es insertando una mezcla de aire con polvo, permitiendo que el polvo se sedimente y el aire fluya, dichas partculas de polvo se precipita con su respectiva velocidad, donde influye el tiempo de residencia, suficiente como para permitir que el polvo sedimente dentro de la cmara.

Equipo de clasificacinSe encuentra como un componente en el cual se subdivide internamente en varias secciones, con el propsito de separar una suspensin con distintas partculas slidas de diversos tamaos, acta de la siguiente manera: los solidos de mayor tamao sedimentan rpido por lo que se hallaran sedimentados en la primera seccin, prosiguiendo el orden las de menor tamao tardaran mas en descender y por tanto se encontraran en las ltimas secciones divididas del equipo.

Clasificador SpitzkastenEsta es otra cmara pero con recipientes cnicos que aumentan su dimetro en direccin del fluido, maneja el mismo principio de separacin que el equipo clasificador y en este caso se maneja una corriente de agua que regula cada recipiente para obtener el intervalo de tamao deseado, obteniendo residuos granulares, intermedios y finos.

Conclusiones: Al igual que las dems operaciones de separacin es muy importante conocer esta otra, la precipitacin y la sedimentacin, esto con el objetivo de poder conocer la implementacin e importancia en la industria y as poder pensar en nuestra participacin como ingenieros en control y automatizacin en algn proceso que involucre estas operaciones de separacin.