SEDIMENTACIN LIBRE

INTRODUCCIN

La sedimentacin es una operacin unitaria que consiste en separar, por accin de

la gravedad o de la fuerza centrfuga, un slido finamente dividido o un lquido,

contenidos en una corriente fluida debido a la diferencia de densidades.

La sedimentacin es, en esencia, un fenmeno netamente fsico y constituyendo

de los procesos utilizados en el tratamiento del agua para conseguir su clarificacin.

Est relacionada exclusivamente con las propiedades de cada de las partculas en

el agua. Cuando se produce sedimentacin de una suspensin de partculas, el

resultado final ser siempre un fluido clarificado y una suspensin ms concentrada.

A menudo se utilizan para designar la sedimentacin los trminos de clarificacin y

espesamiento. Se habla de clarificacin cuando hay un especial inters en el fluido

clarificado, y de espesamiento cuando el inters est puesto en la suspensin

concentrada.

La sedimentacin se utiliza principalmente como proceso de separacin en

diferentes etapas dl tratamiento de aguas residuales (eliminacin de arenas, de la

materia particulada en un tanque de decantacin primaria) y en aquellas industrias

en las que se produce gran cantidad de materia particulado en una corriente

gaseosa (industria cementera, maderera, etc.).

Los objetivos de esta prctica son la determinacin de la velocidad de

sedimentacin y la determinacin de los parmetros de diseo de un sedimentador

continuo a partir de los datos experimentales obtenidos en el laboratorio, a su ves

conocer los principios bsicos de la operacin de sedimentacin.

ANTECEDENTES

La sedimentacin es una operacin unitaria en la separacin por la accin de la

gravedad de las fases slida y lquida de una suspensin diluida para obtener una

suspensin concentrada y un lquido claro.

La sedimentacin remueve las partculas ms densas, mientras que la filtracin

remueve aquellas partculas que tienen una densidad muy cercana a la del agua o

que han sido suspendidas y, por lo tanto, no pudieron ser removidas en el proceso

anterior. Esta operacin unitaria puede llevarse a cabo de forma continua o

intermitente. Los sedimentadores industriales, operan normalmente en rgimen

continuo.[2]

Sedimentacin por cada libre e interferida.

Cuando existe una baja concentracin de partculas en el agua, stas se depositan

sin interferir. Se denomina a este fenmeno cada libre. En cambio, cuando hay

altas concentraciones de partculas, se producen colisiones que las mantienen en

una posicin fija y ocurre un depsito masivo en lugar de individual. A este proceso

de sedimentacin se le denomina depsito o cada interferida o sedimentacin

zonal.

Cuando las partculas ya en contacto forman una masa compacta que inhibe una

mayor consolidacin, se produce una compresin o zona de compresin. Este tipo

de sedimentacin se presenta en los concentradores de lodos de las unidades de

decantacin con manto de lodos.[4]

Sedimentacin de partculas discretas.

Se llama partculas discretas a aquellas partculas que no cambian de

caractersticas (forma, tamao, densidad) durante la cada. Se denomina

sedimentacin o sedimentacin simple al proceso de depsito de partculas

discretas. Este tipo de partculas y esta forma de sedimentacin se presentan en los

desarenadores, en los sedimentadores y en los presedimentadores como paso

previo a la coagulacin en las plantas de filtracin rpida y tambin en

sedimentadores como paso previo a la filtracin lenta.[2]

Sedimentacin de partculas floculentas.

Partculas floculentas son aquellas producidas por la aglomeracin de partculas

coloides desestabilizadas a consecuencia de la aplicacin de agentes qumicos. A

diferencia de las partculas forma, tamao, densidad si cambian durante la cada.[2]

Para comprender fcilmente la evolucin de un proceso de sedimentacin, se puede

recurrir a un experimento de sedimentacin discontinua que se efecta en una

probeta de vidrio a fin de poder observar a travs de las paredes del recipiente los

cambios que tienen lugar en el seno de la suspensin concentrada. Aparecen cuatro

zonas perfectamente delimitadas en las que se produce la sedimentacin segn los

diferentes mecanismos.[3]

En un primer momento, cuando la concentracin de slidos en la suspensin es

baja se produce sedimentacin libre o discreta.

Cuando la concentracin aumenta, y la suspensin tiende a formar flculos, las

partculas pueden llegar a formar agregados alterndose por lo tanto la densidad

como el dimetro, producindose en su sedimentacin, en este caso se dice que la

sedimentacin es impedida.

La sedimentacin por compresin se produce al formarse en el fondo del cilindro

una capa de partculas comprimidas dentro de lo que se denomina regin de

compresin. Las partculas de esta regin forman aparentemente una estructura en

la que existe un contacto fsico ente las mismas.

Cuando la interfase entre lquido claro y la suspensin se aproxima a la capa de

sedimento, la velocidad a la que desciende disminuye hasta alcanzar el punto

crtico de sedimentacin, cuando se forma una interfase directamente entre el

sedimento y el lquido claro. La sedimentacin posterior es consecuencia

nicamente de la consolidacin del sedimento.

Sedimentacin intermitente: el flujo volumtrico total de materia fuera del sistema

es nulo, transcurre en rgimen no estacionario. Este tipo de sedimentacin es la

que tiene lugar en una probeta de laboratorio, donde la suspensin se deja

reposar.[5]

Sedimentacin continua: la suspensin diluida se alimenta continuamente y se

separa en un lquido claro y una segunda suspensin de mayor concentracin.

Transcurre en rgimen estacionario. [5]

Metodologa experimental

1. Preparar soluciones de diferentes concentraciones iniciales de 6.25, 12.5,

15.625 gramos en 250ml de CaCO3 en agua.

2. Aadir un colorante soluble con el fin de apreciar mejor la separacin entre

la zona clara y la zona que ocupa la suspensin.

3. Se mide la altura inicial de la suspensin ho, usando la regla acoplada a cada

probeta.

4. Se toma la probeta de concentracin y se agita intensamente para que la

concentracin sea lo ms uniforme posible a lo largo de toda la probeta.

5. Se deja la probeta en reposo y se va determinando la altura que ocupa la

suspensin en funcin del tiempo, tomando para ello medidas de la altura de

la suspensin (h) cada minuto.

Una vez determinadas las parejas de valores de la altura en funcin del tiempo, se

puede utilizar el mtodo de Coe y Clevenger para determinar la velocidad de

sedimentacin.

RESULTADOS

Primera prueba

tiempo probeta 1 (15.6 gr) probeta 2 (12.5 gr)

probeta 3 (6.25 gr)

0 25 25 25

1 24.8 17.3 13

2 24 8.3 4.1

3 23 7 3.6

4 22 6.5 3.3

5 20.5 6.1 3

6 19.5 5.9 2.9

7 18.5 5.7 2.7

8 17.5 5.5 2.6

9 16.5 5.4 2.6

10 16.2 5.2 2.5

Segunda prueba

tiempo probeta 1 (15.6 gr) probeta 2 (12.5 gr)

probeta 3 (6.25 gr)

0 25 25 25

1 21.6 15.7 12

2 19.2 11.7 7.9

3 17.2 9 4.8

4 15.6 7.8 3.5

5 14.7 7.1 3.3

6 13.7 6.4 3

7 13.5 6 2.9

8 13.7 5.7 2.9

9 14.1 5.3 2.8

10 13.8 5.1 2.7

Sacando el promedio de la primera y segunda prueba

tiempo probeta 1 (15.6 gr) probeta 2 (12.5 gr)

probeta 3 (6.25 gr)

0 25 25 25

1 23.2 16.5 12.5

2 21.6 10 6

3 20.1 8 4.2

4 18.8 7.15 3.4

5 17.6 6.6 3.15

6 16.6 6.15 2.95

7 16 5.85 2.8

8 15.6 5.6 2.75

9 15.3 5.35 2.7

10 15 5.15 2.6

0

5

10

15

20

25

30

0 2 4 6 8 10 12

h (

cm)

t (min)

Curva de sedimentacin

probeta 1 (15.6 gr)

probeta 2 (12.5 gr)

probeta 3 (6.25 gr)

Una vez realizada la representacin grfica de la variacin de la altura frente al

tiempo, se calcula la velocidad de sedimentacin en funcin de la concentracin

utilizando el mtodo de Coe y Clevenger, el cual consiste en estimar, a partir de los

datos experimentales obtenidos a las distintas concentraciones iniciales, los valores

de las pendientes en el origen, -(dh/dt), que coinciden con las velocidades de

sedimentacin (v). [1]

As se obtiene la tabla de v (cm/min) en funcin de C (g/ml).

Se calcul el valor de la pendiente utilizando Excel

-5

0

5

10

15

20

25

30

0 2 4 6 8 10 12

h (

cm)

t (min)

Ttulo del grfico

probeta 1 (15.6 gr)

probeta 2 (12.5 gr)

probeta 3 (6.25 gr)

Series4

Series5

Series6

Velocidad (cm/min) concentracin

1.609090909 probeta 1 (15.6 gr)

8.5 probeta 2 (12.5 gr)

13 probeta 3 (6.25 gr)

Determinacin del rea mnima requerida para conseguir la clarificacin

el rea mnima requerida para la clarificacin Ac puede calcularse a partir de la

expresin

= /

Donde:

Qe es el caudal en m3/min

Vs es la velocidad de sedimentacin m/min

El caudal se tomara como 250 ml/min convirtiendo a m3

0.00025 m3/min

Calculando el rea para una concentracin de 15.6 gr en 250 ml de agua

= 1.609090909

(

1

100 ) = 0.016090909

=0.00025

3

0.016090909

= .

Calculando el rea para una concentracin de 12.5 gr en 250 ml de agua

= 8.5

(

1

100 ) = 0.085

=0.00025

3

0.085

= .

Calculando el rea para una concentracin de 6.25 gr en 250 ml de agua

= 13

(

1

100 ) = 0.13

=0.00025

3

0.13

= .

DISCUSIN

Se hicieron dos pruebas con las concentraciones iniciales de 6.25, 12.5, 15.6

gr en 250ml de CaCO3 en agua, se calcul el promedio con la finalidad de

reducir el margen de error.

Se realiz una representacin grfica de la variacin de la altura frente al

tiempo para cada una de las concentraciones.

Se calcularon las velocidades de sedimentacin, esto es, a partir de los datos

experimentales obtenidos a las distintas concentraciones iniciales, se

estiman los valores de las pendientes en el origen que son iguales a las

velocidades de sedimentacin, los valores de las pendientes fueron

calculados en Excel.

Se calcul el rea mnima requerida para conseguir la clarificacin, tomando

el valor del caudal como 250 ml/min. Se realiz para cada una de las

concentraciones.

CONCLUSIN

Se determin experimentalmente la velocidad de sedimentacin de CaCO3 en agua

a diferentes concentraciones, obteniendo para el primer caso 1.609090909

,

para el segundo caso 8.5

y para el tercer caso 13

, concluyendo que a menor

concentracin de partculas habr una mayor velocidad de sedimentacin y que a

una mayor concentracin de partculas habr una menor velocidad de

sedimentacin.

BIBLIOGRAFA

1. Coe. H.S., and Clevenger G.H. (1916). Methods for determining the Capacity

of Slime Settling Tanks. AIME 55: 356-385.

2. CHENG, P.SCHACHMAN, H. (1955). Studies on the validity of the Einstein

viscosity law and Stokes law of sedimentation.JournalPolymerSci.

3. McCabe, W.L. y Smith, J.C.; Operaciones bsicas de Ingeniera Qumica,

Ed. Revert, Barcelona (1973).

4. RIVERA, F., GUTIRREZ, A., VAL, R., APARICIO, J. Y DIAZ, L. (2005). La

medicin de sedimentos en Mxico IMTA, Mxico. IX.

5. Calleja, G. (ed.); Introduccin a la Ingeniera Qumica, Ed. Sntesis, Madrid

(1999).

UNIVERSIDAD JUREZ AUTNOMA DE TABASCO

PROGRAMA EDUCATIVO

INGENIERA QUMICA

MATERIA

LABORATORIO DE OPERACIONES UNITARIAS

DOCENTE

DR. JOS DE LOS SANTOS LPEZ LAZARO

TRABAJO

SEDIMENTACION LIBRE

ESTUDIANTES

MANUEL OCTAVIO FUENTEZ TORRES CRISTIAN DEL CARMEN LPEZ HERNNDEZ

JORGE LUS OVANDO FRAS JUAN MANUEL NARANJO FLEITES

4 DE JULIO DE 2014