2.1 SEDIMENTACIÓN
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ING. BIOQUÍMICA DANIEL CASTRO SANTIAGO Página 1 INSTITUTO TECNOLÓGICO SUPERIOR DE ACAYUCAN INGENIERÍA BIOQUÍMICA 601-A OPERACIONES UNITARIAS I ING. JUAN MANUEL HERNÁNDEZ ESPÍNDOLA UNIDAD 2 RESUMEN 2.1 SEDIMENTACIÓN (EXPOSICIÓN) PRESENTA: DANIEL CASTRO SANTIAGO ACAYUCAN, VER., A 03 DE MARZO DE 2015
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Descripción del proceso de sedimentación, así como los tipos y diseños de sedimentadores
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ING. BIOQUÍMICA DANIEL CASTRO SANTIAGO Página 1
INSTITUTO TECNOLÓGICO SUPERIOR DE ACAYUCAN
INGENIERÍA BIOQUÍMICA 601-A
OPERACIONES UNITARIAS I
ING. JUAN MANUEL HERNÁNDEZ ESPÍNDOLA
UNIDAD 2 RESUMEN
2.1 SEDIMENTACIÓN (EXPOSICIÓN)
PRESENTA: DANIEL CASTRO SANTIAGO
ACAYUCAN, VER., A 03 DE MARZO DE 2015
ING. BIOQUÍMICA DANIEL CASTRO SANTIAGO Página 2
UNIDAD 2 “SEPARACIONES MECÁNICAS”
2.1 SEDIMENTACIÓN
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2.1 SEDIMENTACIÓN
La sedimentación es una operación unitaria que consiste en separar por fuerza de
gravedad o fuerza centrífuga las partículas sólidas suspendidas en un fluido.
“El fluido puede ser un gas o un líquido, puede estar en movimiento o reposo.”
Se dice que la fuerza centrífuga es una fuerza ficticia que aparece cuando se
describe el movimiento de un cuerpo en un sistema de referencia en rotación, o
equivalentemente la fuerza aparente que percibe un observador no inercial que se
encuentra en un sistema de referencia rotatorio, mientras que la fuerza de
gravedad es aquella que hace que los cuerpos sean atraídos hacia la superficie de
la tierra.
En algunos casos, el objetivo de del proceso es separar las partículas de una
corriente de fluido con el fin de eliminar contaminantes del fluido o bien recuperar
las partículas, como en el caso de eliminación de polvos y humos del aire o gas de
combustión, o la separación de sólidos de líquidos residuales.
Tipos de sedimentación
Sedimentación simple es cuando las partículas que se asientan son discretas, o
sea partículas que no cambian de forma, tamaño o densidad durante el descenso
en el fluido. Por ejemplo lo que ocurre en un tanque desarenador, cuyo objeto es
separar la arena del agua.
Sedimentación inducida es cuando las partículas que se sedimentan son
aglomerables, o sea, que durante la sedimentación se aglutinan entre sí
cambiando de forma y tamaño y aumentando de peso específico.
Un ejemplo se presenta en una planta de tratamiento y se logra en un tanque,
llamado Sedimentador o Decantador, que se coloca a continuación del floculador y
que permite la separación de las partículas floculentas que se forman en los
procesos de coagulación y floculación.
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También se pueden distinguir dos tipos de sedimentación, atendiendo al
movimiento de las partículas que sedimentan:
Sedimentación libre: se produce en suspensiones de baja concentración de
sólidos. La interacción entre partículas puede considerarse despreciable, por lo
que sedimentan a su velocidad de caída libre en el fluido.
Sedimentación por zonas: se observa en la sedimentación de suspensiones
concentradas. Las interacciones entre las partículas son importantes,
alcanzándose velocidades de sedimentación menores que en la sedimentación
libre. La sedimentación se encuentra retardada o impedida. Dentro del
sedimentador se desarrollan varias zonas, caracterizadas por diferente
concentración de sólidos y, por lo tanto, diferente velocidad de sedimentación.
2.1.1 IMPORTANCIA DE LA SEDIMENTACIÓN
Es una de las operaciones más importantes utilizadas en el tratamiento de
aguas residuales.
Es un proceso que forma parte de la potabilización del agua y de la
depuración de aguas residuales.
En el tratamiento de aguas residuales, este proceso se realiza para retirar
la materia sólida fina, orgánica o no, de las aguas residuales.
Se utiliza en la separación de levaduras durante la fermentación de la
cerveza.
2.1.2 TIPOS DE SEDIMENTADORES
Procesos de sedimentación por gravedad
El objetivo del proceso es separar las partículas de una corriente de fluido con el
fin de eliminar contaminantes del fluido o bien recuperar las partículas, como es el
caso de eliminación de polvos y humos del aire o gases de combustión, o la
separación de solidos de líquidos residuales.
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Un sedimentador puede ser:
Clarificador: Separa casi todas las partículas de un liquido
Clasificador: Un dispositivo que separa los sólidos en dos fracciones
La mayor parte de los clasificadores utilizados en los procesos químicos separan
las partículas por tamaños, en situaciones en las densidad de las partículas finas
es la misma que la de las gruesas.
Las partículas gruesas son llamadas arenas, y los más finos limos.
Clasificadores lavadores
Sedimentación y Flotación
Utilizan un medio liquido de separación cuya densidad es intermedia entre el
material ligero y pesado, por lo tanto la separación se produce porque las
partículas pesadas sedimentan a través del medio, mientras que las más ligeras
flotan.
Este método presenta la ventaja en principio de que la separación depende solo
de la diferencia de densidades de las dos sustancias y es independiente del
tamaño de las partículas.
Los procesos de separación con fluidos espesos o densos se utilizan para tratar
partículas relativamente gruesas, por lo general mayores de 10 mayas.
El carbón limpiador y los minerales concentrados son aplicaciones comunes de
hundimiento y flotación.
Sedimentación diferencial
Los métodos de sedimentación diferencial utilizan la diferencia entre las
velocidades terminales que pueden existir entre sustancias de diferentes
densidades. La densidad del medio es menor que la de cualquiera de las
sustancias.
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La desventaja de este método reside en que como la mezcla de materiales a
separar comprende un intervalo de tamaños de partículas, las más grandes y
ligeras sedimentaran con la misma velocidad que las más pequeñas y pesadas,
por lo que se obtendrá una fracción mezclada. En la sedimentación diferencial
ambos materiales, ligeros y pesados, sedimentan a través del mismo medio.
Clarificadores y espesadores
Son tanques grandes abiertos en los que se lleva a cabo la separación por
gravedad bajo condiciones de sedimentación impedida se utilizan con frecuencia
para convertir una suspensión diluida de partículas finas dentro de un líquido
clarificador y una suspensión concentrada. El líquido clarificador está libre o casi
libre de partículas suspendidas, y puede reutilizarse como agua para proceso o
descargarse como desecho.
Floculación.
En muchas suspensiones finas, las partículas forman aglomerados o agregados
de partículas que sedimentan a velocidades razonables. La aglomeración es a
veces promovida por la adición de agentes floculantes incluyendo electrólitos
fuertes, que reducen las fuerzas repulsivas entre las partículas cargadas, o
floculantes.
La floculación se realiza también por adición de materiales baratos tales como cal,
alúmina o silicato de sodio, que forman aglomerados libres que se precipiten junto
con los finos.
Velocidad de sedimentación.
Las suspensiones varían enormemente durante la sedimentación en sus
velocidades de sedimentación y en las alturas relativas de varias zonas. La
velocidad inicial está en función de la concentración de la alimentación, pero en
las últimas etapas, la velocidad de sedimentación depende también de la altura
inicial Zo, puesto que los efectos de compresión son muy importantes con las
capas de lodo espeso.
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Espesadores
Es un tanque grande, poco profundo, provisto de unos rastrillos o rasquetas
radiales que se mueven muy lento accionados desde un eje central.
Su fondo puede ser plano o ligeramente cónico. La suspensión de alimentación
diluida fluye desde un canal o artesa inclinada hacia el centro del espesador.
La suspensión de alimentación siendo más densa que el agua, tiende a fluir
hacia abajo hasta que alcanza una zona de igual densidad. Entonces se mueve
radialmente hacia fuera a una velocidad decreciente de manera constante, y el
flujo se divide de modo gradual entre la suspensión que se mueve hacia abajo y el
flujo que se mueve hacia arriba que está casi libre de sólidos.
El líquido se mueve radialmente con una velocidad decreciente en forma
constante, permitiendo que los sólidos se sedimenten en el fondo del tanque.
El líquido claro rebosa hacia un canal por la parte superior del tanque. Los brazos
del rastrillo agitan con suavidad los lodos y los desplazan hacia el centro del
tanque, de donde se retiran a través de una gran abertura que comunica con la
entrada de una bomba de lodos.
Espesadores agitados mecánicamente
Son grandes, con un diámetro de 10 a 100 m (30 a 300 ft), profundidad de 2.5 a
3.5 m (8 a 12 ft).Los rastrillos pueden efectuar una revolución cada 30 minutos.
Útiles cuando es preciso tratar grandes volúmenes de una suspensión diluida que
debe espesarse, como en el caso de la fabricación de cemento o en la obtención
de magnesio a partir de agua de mar. También se utilizan ampliamente en el
tratamiento de aguas.
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2.1.3. FUNDAMENTOS DE LA SEDIMENTACIÓN
En esencia, es un proceso netamente físico y constituye uno de los procesos
utilizados en el tratamiento de agua para conseguir su clarificación.
Es una operación controlada por la cantidad de transferencia de
movimiento.
La fuerza externa debido a la acción de un campo gravitacional, eléctrico o
magnético.
Fuerza de empuje debido al movimiento del fluido.
La diferencia de densidades entre las partículas sólidas y el líquido.
La viscosidad frena las partículas sólidas, que deben vencer el rozamiento
con el líquido en el movimiento de la caída.
2.1.4 CRITERIOS DE DISEÑO Y SELECCIÓN DE SEDIMENTADORES.
El diseño de espesadores se basa por lo general en las medidas de las
velocidades de sedimentación obtenidas a partir de pruebas discontinuas en el
laboratorio.
Son necesarios estudios experimentales de la velocidad de sedimentación para
diferentes alturas y concentraciones iniciales. Las cantidades principales a ser
especificadas en el diseño de un espesador son el área de la sección transversal y
la profundidad.
