ALUMNA: YURICO ELIZABETH MARTÍNEZ

SALDAÑA

“FILTRACIÓN”

“UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO”

ESCUELA DE INGENIERÍA AGROINDUSTRIAL

PROFESOR: ING. ARTEAGA

MIAÑO HUBERT.

CURSO: LABORATORIO

Nº 3 DE INGENIERÍA DE

ALIMENTOS

TRUJILLO-2011

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“FILTRACIÓN DE LA PIÑA”

I. OBJETIVOS

Determinar experimentalmente la resistencia especifica de la torta (α) y diferentes valores de presión (ΔP).

Determinar experimentalmente la resistencia especifica del medio filtrante (Rm) a diferentes valores de presión (ΔP).

Determinar experimentalmente el coeficiente de comprensibilidad de la torta.

II. FUNDAMENTO

En la filtración, las partículas suspendidas en un fluido, ya sea líquido o gas, se separan mecánica o físicamente usando un medio poroso que retiene las partículas en forma de fase separada que permite el paso del filtrado sin sólidos. La filtración es una operación básica que consiste en la separación de sólidos finamente divididos del líquido en que están suspendidos. Para ello se utilizan medio filtrante que es permeable al líquido, reteniendo los sólidos de la suspensión. En realidad la filtración es una operación compleja que puede ser analizada simplemente en función de una variable, sin tener en cuenta la influencia de las demás.Las filtraciones comerciales cubren una amplia gama de aplicaciones. El fluido puede ser un gas o un líquido. Las partículas sólidas suspendidas pueden ser muy finas (del orden de micrómetros) o bastante grandes, muy rígidas o plásticas, esféricas o de forma muy irregular, agregados o partículas individuales. El producto valioso puede ser el filtrado sin sólidos o la torta sólida. En algunos casos, se requiere una eliminación completa de las partículas sólidas y en otros, basta con una eliminación parcial.La alimentación o suspensión de entrada puede contener una gran carga de partículas sólidas o una proporción baja. Cuando la concentración es mínima, los filtros operan por tiempos muy largos, antes de que sea necesario limpiar el medio filtrante. Debido a la gran diversidad de problemas de filtración, se ha desarrollado un enorme número de equipos de filtración. En esta práctica se verá que a medida que la resistencia al flujo aumenta la torta crece.Todo equipo de filtración, independientemente de su diseño, debe de suministrar un soporte para el medio filtrante, un espacio para la acumulación de sólidos, canales para alimentar el pre-filtrado y para retirar el filtrado, y un medio para inducir el flujo del filtrado a través del filtro.

1. FILTRACIÓN

En la filtración se establece una diferencia de presión que hace que el fluido fluya a través de poros pequeños que impiden el paso, de las partículas sólidas las que a su vez, se acumulan sobre la tela como torta porosa. El problema general de la separación de partículas sólidas de líquidos se puede resolver usando gran diversidad de métodos, dependientes del tipo de sólido, de la proporción de sólido a líquido en la mezcla, de la viscosidad de la solución y de otros factores.

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El equipo industrial de filtración difiere del de laboratorio únicamente en lo que respecta a la cantidad de materia que se maneja y en la necesidad de operar a costos bajos. En la figura 1, se muestra un aparato de filtración típico del laboratorio, que es un embudo de Büchner. El flujo del líquido a través de la tela o papel filtro se produce debido al vacío en el extremo de salida. La suspensión consta del líquido y las partículas suspendidas. Las pequeñas aberturas de los poros de la tela bloquean el paso de las partículas. Se usa un soporte con orificios bastante grandes, sobre el cual se apoya la tela filtrante. Las partículas sólidas se acumulan en forma de una torta de filtrado a medida que se verifica el proceso.

Figura 1. Aparato de filtración de laboratorio.

En la Figura 1, se va a considerar el tipo ordinario de filtración en el que se usa una diferencia de presión para forzar al líquido a través de filtro de tela y de la torta que se acumula.

La filtración es una operación básica, muy utilizada en la industria química, consistente en la separación de partículas sólidas de una suspensión mediante un medio filtrante que deja pasar el líquido y retiene el sólido. Las partículas sólidas retenidas sobre el medio filtrante van formando un lecho poroso, a través del cual circula el fluido, denominado torta filtrante (figura l).

Figura 2. Principio de filtración.

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Por lo general, los poros del medio filtrante tendrán una forma tortuosa y serán mayores que las partículas que deben separarse, operando el filtro de forma eficaz únicamente después de que un depósito inicial haya sido retenido en el medio. A medida que avanza el proceso de filtración aumenta el espesor de la torta por lo que la resistencia al paso de fluido es cada vez mayor, pudiéndose llevar a cabo la operación de las siguientes formas:

Filtración a presión constante: El caudal disminuye con el tiempo. Filtración a caudal constante: La presión aumenta al avanzar la filtración.

Los volúmenes de las suspensiones a tratar variarán desde grandes cantidades que aparecen en la depuración del agua y en el tratamiento de minerales en la industria minera, hasta cantidades relativamente pequeñas de la industria química, en la que la variedad de sólidos será considerable. En la mayor parte de casos en la industria química lo que interesa son los sólidos, siendo sus propiedades físicas y tamaño de gran importancia. Los filtros también son muy variados: la elección del más adecuado así como de las condiciones óptimas de operación, son función de diversos factores entre los que cabe destacar los siguientes:

Las propiedades del fluido, especialmente viscosidad, densidad y propiedades corrosivas.

La naturaleza del sólido: tamaño y forma de las partículas, distribución de tamaños y características del relleno.

La concentración de los sólidos en la suspensión a filtrar. La cantidad de material a tratar y su valor. Si el producto que interesa es el sólido, el fluido o ambos. Caudal de suspensión a tratar. Necesidad de lavado del sólido filtrado.

La filtración es, esencialmente, una operación mecánica, que no requiere una gran cantidad de energía. En la operación típica mostrada en la Figura 1, se establece gradualmente una torta sobre el medio filtrante, incrementándose progresivamente la resistencia al flujo. En los instantes iniciales de la operación se depositan partículas en las capas superficiales del soporte, formándose el medio filtrante. Los factores más importantes de los que depende la velocidad de filtración son, por lo tanto:

- La caída de presión desde la alimentación hasta el lado más lejano del medio filtrante. - El área de la superficie filtrante. - La viscosidad del filtrado. - La resistencia de la torta filtrante. - La resistencia del medio filtrante y de las capas iniciales de torta.

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El tipo de filtración descrito anteriormente se denomina Filtración por torta: en ella la proporción de sólidos en la suspensión es elevada y la mayor parte de las partículas se recogen en la torta filtrante que posteriormente se separa del medio.

Al obtener esta ecuación se ha supuesto que la porosidad es constante sobre toda la torta. Esto no será siempre cierto ya que el espesor de la torta depende de la naturaleza del soporte (incluyendo geometría y estructura de la superficie) y de la velocidad de deposición de las partículas.

2. TIPOS DE EQUIPOS DE FILTRACIÓN

2.1. Clasificación de los filtros. Los filtros se clasifican dependiendo de que la torta de filtrado sea el producto deseado o bien el líquido transparente. En cualquier caso, la suspensión puede tener un porcentaje de sólidos relativamente alto, lo que conduce a la formación de una torta, o a tener muy pocas partículas en suspensión.Los filtros también se clasifican de acuerdo con su ciclo de operación: por lotes, cuando se extrae la torta después de cierto tiempo, o de manera continua, cuando la torta se va extrayendo a medida que se forma. En otra clasificación, los filtros pueden ser de gravedad, donde el líquido simplemente fluye debido a la presencia de una carga hidrostática, o bien se puede usar presión o vacío para incrementar la velocidad de flujo. Un método de clasificación muy importante se basa en la colocación mecánica del medio filtrante. La tela filtrante puede estar en serie, en forma de placas planas encerradas, como hojas individuales sumergidas en la suspensión, o sobre cilindros giratorios que penetran en la suspensión.

2.2.Lecho de filtración. El tipo más sencillo de filtro es el de lecho, que se muestra de manera esquemática en la Figura 3. Este tipo es útil principalmente en casos en los que pequeñas cantidades relativas de sólidos se separan de grandes cantidades de agua y se clarifica el líquido. Con frecuencia, las. capas inferiores se componen de piezas burdas de grava que descansan sobre una placa perforada o ranurada. Por encima de la grava hay arena fina que actúa como el medio de filtración real. El agua se introduce en la parte alta del lecho sobre un deflector que dispersa el agua. El líquido clarificado se extrae de la parte inferior. La filtración continua hasta que el precipitado, esto es, las partículas filtradas, obstruyen el lecho de arena y la velocidad de flujo resulta demasiado baja. Entonces se suspende el flujo y se introduce agua en dirección contraria lavar el filtro y arrastrar el sólido. Este aparato sólo se puede usar con precipitados que no se adhieran con firmeza a la arena y que se desprendan con facilidad con un retrolavado. Para la filtración del suministro de agua municipal, se usan filtros de tanques abiertos.

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Figura 3. Lecho de filtración de partículas sólidas.

2.3.Filtros prensa de placas y marcos. Uno de los tipos de filtros más importantes es el filtro prensa de placas y marcos, que se muestra en la Figura 4a. Estos filtros consisten de placas y marcos alternados con una tela filtrante a cada lado de las placas, Las placas tienen incisiones con forma de canales para drenar el filtrado en cada placa. La suspensión de alimentación se bombea en la prensa y fluye a través del conducto al interior de cada uno de los marcos abiertos, de manera que va llenando los espacios vacíos. El filtrado fluye entre la tela filtrante y la superficie de la placa, a través de los canales y hacia el exterior, mientras los sólidos se acumulan como torta en los marcos. La filtración continúa hasta que los marcos quedan completamente llenos de sólidos. En la Figura 4a, todas las salidas de descarga comunican a un cabezal común. En muchos casos, el filtro prensa tiene una descarga abierta individual para cada marco, que permite una inspección visual para verificar la transparencia del líquido filtrado. Si una de las salidas descarga líquido turbio debido a una perforación de la tela o a otras causas, se puede cerrar por separado y continuar con la operación. Cuando los espacios están totalmente llenos, las placas y los marcos se separan y se extraen las tortas. Después se vuelve a armar el filtro y se repite el ciclo. Si se desea lavar la torta, ésta se deja en los marcos y se procede a un lavado transversal, como se muestra en la Figura 4b. En este tipo de prensa existe un canal aparte para la entrada del agua de lavado, que penetra a la unidad y a las placas a través de aberturas situadas detrás de las telas filtrantes, en placas alternadas. El agua de lavado fluye a través de la tela, pasa por la totalidad de la torta (no por una mitad, como en la filtración), a través de la tela filtrante, del otro lado de los marcos, y por último, pasa al canal de descarga. Nótese que la Figura 4b, ilustra dos tipos de placas: las que tienen conductos para admitir el agua de lavado por detrás de la tela filtrante, y las que están alternadas con las anteriores y carecen de dichos conductos. Las prensas de placas y marcos presentan los inconvenientes comunes a todos los procesos por lotes. El costo de mano de obra para extraer las tortas y volver a ensamblar la unidad, más los costos fijos por tiempos muertos, pueden constituir una porción muy elevada de los costos totales de operación. Algunos modelos modernos de prensas de placas y marcos tienen un juego duplicado de marcos montados en un eje giratorio. Mientras se usa la mitad de los marcos, la otra mitad se descarga y se limpia, lo que reduce los costos de mano de obra. Existen también sistemas automatizados que se han aplicado a estos tipos de filtros. Los filtros prensa se usan en los procesos por lotes pero no se pueden emplear para procesos de alto rendimiento. Se manejan

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con facilidad, son versátiles y de operación flexible y se pueden utilizar a altas presiones si es necesario, con soluciones viscosas o cuando la torta de filtro tiene una gran resistencia.

Figura 4. Diagramas de filtros prensa de placas y marcos: a) Filtración de uno suspensión con descarga cerrada, b) Lavado de una prensa con descarga abierta.

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2.4.Filtros de hojas. El filtro prensa es útil para muchos propósitos pero no es económico para el manejo de grandes cantidades de lodos, ni para el lavado eficiente con cantidades pequeñas de agua. El agua de lavado suele formar canales en las tortas y se requieren grandes volúmenes de líquido. El filtro de hojas que se muestra en la Figura 5, se acondicionó para grandes volúmenes de suspensión y un lavado más eficiente. Cada hoja es un marco hueco de alambre cubierto con un saco de tela filtrante. Estas hojas se cuelgan en paralelo en un tanque cerrado. La suspensión entra al tanque y la presión llega a la tela filtrante, donde la torta se deposita ene1 exterior de la hoja. El filtrado fluye por el interior del marco hueco hacia un cabezal de descarga y el líquido de lavado sigue la misma trayectoria de la suspensión, De esta forma, el lavado resulta más eficiente que en los filtros prensa. Para extraer la torta se abre la coraza del tanque. Algunas veces se hace pasar una corriente de aire a través de las hojas en dirección contraria para ayudar a desprender la torta. Cuando el material valioso no es el sólido, se pueden usar chorros de agua a presión para desprenderlo y eliminarlo sin necesidad de abrir el filtro.Los filtros de hoja también presentan la desventaja de la operación por lotes. Se pueden automatizar para el ciclo de filtración, lavado y limpieza, pero su funcionamiento es cíclico, por lo cual se usan para procesos por lotes y de producción relativamente modesta.

Figura 5. Filtro de hojas

2.5.Filtros rotatorios continuos. Los filtros de placas y marcos y los de hojas tienen las desventajas típicas de los procesos intermitentes y no se pueden usar para procesos de gran capacidad. Existen varios filtros de tipo continuo disponibles, los cuales se analizan en seguida.

Filtro rotatorio continuo de tambor al vacío. El filtro rotatorio continuo al vacío que se ilustra en la figura 6; filtra, lava y descarga la torta con un régimen continuo. El tambor cilíndrico se recubre de un medio filtrante adecuado, se hace girar, y una válvula automática en el centro sirve para activar las funciones de filtrado, secado, lavado y descarga de la torta del ciclo de operación. El filtrado sale por el eje del filtro. La válvula automática permite la

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salida independiente del filtrado y líquido de lavado. Además, cuando es necesario, se puede usar una conexión para un retrosoplado de aire comprimido poco antes de la descarga, para ayudará que el raspador de cuchilla desprenda la torta. El diferencial máximo depresión para el filtro al vacío es de sólo 1 atm. Por consiguiente, este modelo no es adecuado para líquidos viscosos o líquidos que deben estar encerrados. Si el tambor se encierra en una coraza, se pueden usar presiones superiores a la atmosférica. Sin embargo, el costo de un equipo de presión es de cerca del doble del de un filtro rotatorio de tambor al vacío. Los procesos modernos de alta capacidad utilizan filtros continuos. Las ventajas importantes son que los procesos son continuos y automatices y los costos de mano de obra son relativamente bajos. Sin embargo, la inversión inicial es relativamente alta.

Figura 6. Diagrama esquemático de un filtro continuo de tambor rotatorio

Filtro de disco rotatorio continuo. Este filtro consta de discos verticales concéntricos montados en un eje horizontal rotatorio. El filtro opera con el mismo principio que el filtro rotatorio de tambor al vacío. Todos los discos están huecos y cubiertos con un filtro de tela que se sumerge parcialmente en la suspensión. La torta se lava, se seca y se descarga raspándola cuando el disco está en la sección superior de su rotación. El lavado es menos eficiente que con el filtro de tambor rotatorio.

Filtro horizontal rotatorio continuo. Éste es un filtro al vacío cuya superficie filtradora anular rotatoria está dividida en sectores. Conforme el filtro horizontal gira recibe suspensión, luego se lava, se seca y se le quita la torta. La eficiencia del lavado es mejor que con el filtro de disco rotatorio. Se usa mucho en procesos de extracción de minerales, lavado de pulpas y otros procesos de gran capacidad.

3. FACTORES EN LA FILTRACIÓN:

a) Naturaleza de los sólidos. La filtración involucra la separación de sólidos compresibles e incompresibles, partículas deformables o rígidas de diferentes concentraciones y tamaños, que al depositarse en el medio filtrante, formaran capas de sólidos (torta).

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b) El medio filtrante. Lo fundamental en cualquier filtro es el medio filtrante cuyas características dependen del material del que se fabrica y de las técnicas empleadas en su elaboración, su selección se realiza tomando en cuenta los siguientes puntos:

Tamaño mínimo de partícula retenida Permeabilidad o resistencia al flujo Relación entre oclusión del medio o incremento de resistencia al flujo Resistencia al calor, a la acción de productos químicos, a la abrasión, flexión y

rotura. Estabilidad dimensional Facilidad de limpieza

Tipos de medios filtrantes: Telas metálicas, telas naturales o sintéticas, placas de asbesto o celulosa, hojas de papel o fibra de vidrio, sólidos sueltos etc.El medio para filtraciones industriales debe tener ciertas características. La primera y más importante es que permita separar los sólidos de la suspensión y producir un filtrado transparente. Además, los poros no se deben obstruir con facilidad para que la velocidad del proceso no sea demasiado lenta. El medio filtrante debe permitir la extracción de la torta sin dificultades ni pérdidas. Obviamente, debe tener una resistencia suficiente para no rasgarse y no ser afectado por los productos químicos presentes. Algunos medios filtrantes de uso común son telas gruesas de loneta o sargas, tejidos pesados, fibra de vidrio, papel, fieltro de celulosa, telas metálicas, de lana, de nylon, de dacrón y otros tejidos sintéticos. Las fibras de hilacha de materiales naturales, son más eficaces para partículas finas que las fibras plásticas o metálicas. Algunas veces, el filtrado sale un poco lechoso al principio, antes de que se depositen las primeras capas de partículas que ayudan al filtrado subsecuente. El filtrado se puede recircular para una nueva filtración.El filtro ayuda : Material finamente dividido que no se comprime por la presión que ejerce el líquido al pasar por este tipo de materiales, se agrega a suspensiones que presentan problemas a la filtración por falta de compresibilidad y tamaño muy pequeño de partícula. Un filtro ayuda debe ser inerte, ligero y debe formar una torta porosa; son ejemplo el carbón activado, pulpa de papel, tierra de diatomeas etc. En algunos casos se usan ayudas de filtración para acelerar el proceso. Por lo general, son tierras diatomáceas, que están constituidos principalmente por sílice no compresible. También se usa celulosa de madera, asbesto y otros sólidos porosos inertes. Estas ayudas de filtración se pueden usar de diferentes maneras; por ejemplo como recubrimiento previo antes de filtrar la suspensión, el cual impide que los sólidos de tipo gelatinoso obstruyan el medio filtrante y permite obtener un filtrado más transparente. También se pueden añadir a la suspensión antes de la filtración. Esto aumenta la porosidad de la torta y reduce su resistencia durante el proceso. En un filtro rotatorio, la ayuda de filtración se puede aplicar como recubrimiento previo y durante la operación se desprende junto con la torta. El uso de ayudas de filtración suele estar limitado a los casos en que la torta es el material que se descarta, o cuando el precipitado se puede separar de ellas por medios químicos.

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c) La fuerza impulsora. La separación de los sólidos contenidos en un fluido es mediante una fuerza impulsora, de acuerdo a ella los filtros se clasifican en:

Filtros por gravedad . La fuerza impulsora es la presión de la columna de líquido sobre el medio filtrante, un ejemplo es el filtro de arena abierto.

Filtros a vacío . La fuerza impulsora es la succión del lado de la salida del filtrado por medio de vacío, operan en forma cíclica y continua son ejemplos el filtro de hojas, el filtro de tambor rotatorio.

Filtros a presión . La fuerza motriz es la presión dada por la fuerza motriz, un ejemplo es el filtro de placas y marcos o filtro prensa, donde el número de placas y marcos varia con la capacidad del filtro, es un filtro intermitente.

Filtros centrífugos . La fuerza impulsora es la centrífuga se usan para separar sólidos de tamaño de partícula muy pequeña o de suspensiones diluidas.

4. ECUACIONES DE FILTRACIÓN PARA PROCESOS A PRESIÓN CONSTANTE

4.1 Ecuaciones básicas para la velocidad de filtración en los procesos por lotes. Con frecuencia, las filtraciones se llevan a cabo en condiciones de presión constante. La ecuación anterior se puede invertir y reordenar para obtener:

dtdv

= μαCs

A2∆P.V + μ

A .∆ P. Rm=K p .V +B (1)

Donde K p se da en s/m6 (s/pie6) y B en s/m3 (s/pie3).

K p=μαCs

A2∆ P (s/m6) (2)

B=μ

A .∆ P. Rm (s/m3) (3)

Donde:

V : Volumen del filtrado

dtdv

: A presión constante, diferencial del tiempo respecto al filtrado

A : Área circular del embudo Büchner

Cs: Concentración

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4.2 Ecuaciones para encontrar las resistencias

y = a + bx

S: Coeficiente de Comprensibilidad

III. MATERIALES Y MÉTODOS

MATERIALES

Biológico:

3 Piñas Agua

Materiales de Laboratorio:

Licuadora 1 kitasaco Embudo Büchner Papel filtro Algodón Bomba al vacío Botella de vidrio Jebe Cuchillo Mangueritas delgadas Balanza Analítica.

MÉTODOS

Preparación de las muestras de piña

Lavar las piñas y cortar las coronas de cada una de las piñas.

Rm=a . A .∆ P

μa=μ .RmA .∆P

Resistencia especifica del Medio Filtrante

b=μ .α .CsA2 .∆ P

α=b . A2 .∆Pμ .Cs

Resistencia Específica de la Torta

α=α0(∆P)s ln α=ln0+S (∆P)

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Se procede a cortar cada una de las piñas en pedazos en forma de rectángulos o cuadrados

Los pedazos o cortes de la piña se pone a una licuadora y se procede a licuar. Se llena en un depósito el jugo de la piña y se procede a pesar en la balanza analítica, para

luego hacer una dilución (si se pesa 1Kg se añade 1Kg de agua). La proporción conseguida debe de estar en un litro y debemos separar en tres muestras

para hacer en diferentes concentraciones de presiones. No olvidar que la proporción de agua añadida al jugo de piña de piña debe ser de 1 a 1.

Toma de datos

Montar el equipo de filtración Llenar el embudo con la suspensión y añadir regularmente la solución de piña preparada,

procurando que siempre haya suspensión en él. Poner el cronómetro en marcha en el momento que caiga la primera gota, y anotar el

tiempo cada 30 segundos de filtrado. Conectar el vacío y regular la diferencia de presión. Cuando se haya llenado la probeta se desconecta el vacío, se recoge la torta y se coloca en

una placa petri y se pesa (peso de la torta húmeda) Repetir la experiencia para diferentes presiones (bueno en nuestro caso solo tomamos a

una sola presión por cuestiones del equipo que no se contaba).

Figura 7. Esquema de filtración

IV. RESULTADOS Y DISCUSIONES

Tabla1. Datos de tiempo y volumen de los experimentos de filtrado.

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V(m3) t(s) dt(s) dV(m3) dt/dV(s/m3) V prom.(m3)

0.000037 30 30 0.000037 810810.8108 0.0000185

0.0000722 60 30 0.0000352 852272.7273 0.0000546

0.0000987 90 30 0.0000265 1132075.472 0.00008545

0.0001235 120 30 0.0000248 1209677.419 0.0001111

0.0001498 150 30 0.0000263 1140684.411 0.00013665

0.000178 180 30 0.0000282 1063829.787 0.0001639

0.000198 210 30 0.00002 1500000 0.000188

0.0002161 240 30 0.0000181 1657458.564 0.00020705

0.0002297 270 30 0.0000136 2205882.353 0.0002229

0.0002434 300 30 0.0000137 2189781.022 0.00023655

Figura 8. Volumen promedio (m3) vs. dt/dV(s/m3)

Tabla 2. Resistencia especifica de la torta (α), la resistencia específica del medio filtrante (Rm).

Wtorta(kg) 0.07104

Volumen total filtrado(m3) 0.0004164

Área 0.00636174

µ 1.68

0 0.00005 0.0001 0.00015 0.0002 0.000250

500000

1000000

1500000

2000000

2500000

f(x) = 6783248910.19995 x + 379228.570784204R² = 0.772583652519051

Vprom vs. dt/dV

V promedio(m3)

dt/d

V(s/

m3)

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α (m/Kg) 1.00153E+11

Rm (m-1) 1.45507E+11

Cs (kg/m3) 170.6051873

Según Ramalho (1996), Los valores de resistencia específica de la torta y del medio filtrante, se evalúan a partir de la pendiente y la intersección de la recta con las ordenadas respectivamente. La resistencia específica tiene gran utilidad para comparar las características de filtrabilidad de distintos lodos y determinar las necesidades de coagulación para producir una torta que ofrezca resistencia mínima. Es de este modo que en la práctica mediante el jugo de piña los valores de α (m/Kg) y Rm (m-1) se evaluaron a partir de los datos de la pendiente b= 379229 y la intersección de 7E+09, de esta manera podemos comparar las características de filtrabilidad del jugo de piña para producir una torta que ofresca resistencia mínima, que en nuestro caso fue de Rm (m -1) = 1.45507E+11.

Según Weber (2003), cuando se trata de filtración a presión constante, se midió el volumen de filtrado y el tiempo transcurrido. La caída total de presión disponible se aplica a través del filtro durante el ciclo del mismo. Al empezar el ciclo del filtro, la permeabilidad del mismo es alta y el caudal de filtración es muy elevado. A medida que el filtro se obstruye con los sólidos, su permeabilidad disminuye, y dado que la caída de presión permanece constante, el caudal disminuye.Comprando lo dicho por Weber (2003), observamos en la Tabla 1 que el volumen del filtrado iba aumentando al pasara el tiempo, en una presión constante. Al igual observamos que el Volumen promedio al pasar el tiempo iba en aumento de un inicio tener un 0.0000185 a 0.00020705 m3, diferencial de tiempo y volumen iba aumento de un 810810.8108 s/m3 a 1657458.564 s/m3 lo cual contrasta con el autor y se pude apreciar en la figura 8.

Según Geankoplis, (2002); la alimentación o suspensión de entrada puede contener una gran carga de partículas sólidas o una proporción baja. Cuando la concentración es mínima, los filtros operan por tiempos muy largos, antes de que sea necesario limpiar el medio filtrante. Debido a la gran diversidad de problemas de filtración, se ha desarrollado un enorme número de equipos de filtración. A medida que la resistencia al flujo aumenta la torta crece.Comparando lo dicho por Geankoplis, (2002); vemos que la resistencia aumenta cuando la torta crece debido a que su concentración es mínima y los filtros operarán por 270 segundos.

Según Aranceta (2006); el volumen promedio de un jugo va disminuyendo a medida que aumenta el tiempo. Comparando lo dicho por Aranceta en la Tabla 1 vemos que el volumen promedio va disminuyendo a medida que pasa el tiempo, esto se debe que en el inicio las partículas están dispersas y al pasará el tiempo las partículas se irán al fondo e impedirán la entrada. Del mimo modo se observa en la figura 8 donde vemos que disminuye el volumen promedio el diferencial de tiempo y volumen va aumentando.

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V. CONCLUSIONES

Se determinó experimentalmente la resistencia especifica de la torta (α) en un solo valor de presión.

Se determinó la resistencia específica del medio filtrante (Rm) a un solo valor de presión. No se determinó el coeficiente de comprensibilidad de la torta, debido a que no realizamos

la práctica a diferentes valores de presión (ΔP).

VI. RECOMENDACIONES

Medir adecuadamente el tiempo, mediante la ayuda de un cronómetro. Pesar adecuadamente en una balanza analítica las muestras, para no generar mala toma

de datos. Obedecer las instrucciones por parte del docente.

VII. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

RAMALHO, R. (1996). Tratamiento de aguas residuales. Ed. Reverte, Barcelona.WEBER, W. (2003). Control de calidad del agua Procesos fisicoquímicos. Ed. Reverte,, España.GEANKOPLIS C. (2002). Procesos de transporte y operaciones unitarias, editorial continental, 2002.ARANCETA, J. (2006). Frutas, Verduras y Salud. Elsevier España, 2006 - 268 páginas

VIII. ANEXOS

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Lavado de la Piña Corte de la piña

Licuado para obtener el jugo de piña Obtención del jugo de piña con mezcla con agua

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Obtención del volumen del filtrado Obtención de Torta con algodón

Laboratorio

Nº04:

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LABORATORIO Nº 04:

“SEDIMENTACIÓN”

I. INTRODUCCIÓN

La sedimentación es la operación unitaria que consiste en separar por acción de la gravedad, un sólido finamente dividido del líquido en el que esta suspendido. Como resultado de este proceso se obtiene un

Laboratorio

Nº04:

Alumna: Martínez Saldaña, Yurico Elizabeth

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líquido claro (exento o con muy bajo contenido de sólidos) y una pasta más o menos espesa con un elevado contenido en sólidos. La sedimentación es, en esencia, un fenómeno netamente físico y constituye uno de los procesos utilizados en el tratamiento del agua para conseguir su clarificación. Está relacionada exclusivamente con las propiedades de caída de las partículas en el agua. Cuando se produce sedimentación de una suspensión de partículas, el resultado final será siempre un fluido clarificado y una suspensión más concentrada. A menudo se utilizan para designar la sedimentación los términos de clarificación y espesamiento. Se habla de clarificación cuando hay un especial interés en el fluido clarificado, y de espesamiento cuando el interés está puesto en la suspensión concentrada.

II. OBJETIVOS

Determinar experimentalmente la velocidad de sedimentación de jugo de manzana a diferentes concentraciones.

III.FUNDAMENTO TEÓRICO

SEDIMENTACIÓN.

La sedimentación es una operación unitaria consistente en la separación por la acción de la gravedad de las fases sólida y líquida de una suspensión diluida para obtener una suspensión concentrada y un líquido claro.La sedimentación remueve las partículas más densas, mientras que la filtración remueve aquellas partículas 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.Existen tres tipos de sedimentación: discreta, con floculación y por zonas. Esta operación unitaria puede llevarse a cabo de forma continua o intermitente. Los sedimentadores industriales, operan normalmente en régimen continuo.

A. TIPOS DE SEDIMENTACIÓN.

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.

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En la Figura 1 se representa el proceso de sedimentación por zonas en una probeta. Este proceso consta de las siguientes etapas: en un principio el sólido, que se encuentra con una concentración inicial x0 (figura 1a), comienza a sedimentar (figura 1b), estableciéndose una interfase 1 entre la superficie de la capa de sólidos que sedimentan y el líquido clarificado que queda en la parte superior (zona A). La zona por debajo del líquido clarificado se denomina zona interfacial (zona B). La concentración de sólidos en esta zona es uniforme, sedimentando toda ella como una misma capa de materia a velocidad constante Vs. Esta velocidad de sedimentación puede calcularse a partir de la pendiente de la representación de la altura de la interfase 1 frente al tiempo, tal y como se muestra en la figura 2. Simultáneamente a la formación de la interfase 1 y de la zona interfacial, se produce una acumulación y compactación de los sólidos en suspensión en el fondo de la probeta, dando lugar a la denominada zona de compactación (zona D). En esta zona la concentración de sólidos en suspensión es también uniforme y la interfase que bordea esta zona, interfase 2, avanza en sentido ascendente en el cilindro con una velocidad constante V. Entre la zona interfacial y la zona de compactación se encuentra la zona de transición (zona C). En esta zona la velocidad de sedimentación de los sólidos disminuye debido al incremento de la viscosidad y de la densidad de la suspensión, cambiando la concentración de sólido gradualmente entre la correspondiente a la zona interfacial y la de la zona de compactación. Las zonas de compactación e interfacial pueden llegar a encontrarse, produciéndose la coalescencia de las dos interfases anteriormente citadas, en el denominado momento crítico tc, desapareciendo la zona de transición (figura 1c). En este momento el sólido sedimentado tiene una concentración uniforme Xc o concentración crítica, comenzando la compactación y alcanzándose, posteriormente, la concentración final Xu (figura 1d).

Figura 1. Proceso de Sedimentación por zonas.

La velocidad de sedimentación en el momento tc corresponde a un valor Vc dado por la pendiente de la tangente a la curva de sedimentación en el punto C, tal y como se indica en la figura 2 donde Vc< Vs.

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Figura 2. Representación grafica de la altura frente al tiempo.

Dependiendo de cómo se realice la operación, la sedimentación puede clasificarse en los siguientes tipos:

Sedimentación intermitente: el flujo volumétrico total de materia fuera del sistema es nulo, transcurre en régimen no estacionario. Este tipo de sedimentación es la que tiene lugar en una probeta de laboratorio, donde la suspensión se deja reposar.

Sedimentación continua: la suspensión diluida se alimenta continuamente y se separa en un líquido claro y una segunda suspensión de mayor concentración. Transcurre en régimen estacionario.

B. APLICACIONES.

Se incluye la eliminación de sólidos de aguas negras. La sedimentación de cristales del licor madre. La separación de mezclas líquido-líquido provenientes de la etapa de extracción con

disolvente de un sedimentador. La sedimentación de partículas alimenticias sólidas de un líquido preparado. La sedimentación de una suspensión en el proceso de lixiviación de la soya. Las partículas

pueden ser de tipo sólido o gotas de líquido, el fluido puede ser un líquido o un gas y estar en reposo o en movimiento.

IV. MATERIALES Y MÉTODOS

MATERIALES

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Material biológico

Manzanas Agua

Equipos

Probeta (provista de una escala graduada en mm a fin de poder medir directamente la altura que se encuentra la superficie de separación de las zonas, a intervalos regulares de tiempo)

Cronómetro Balanza analítica

METODOLOGÍA

Se lavan las manzanas a utilizar en la prueba de sedimentación. Se cortan y se utilizan para luego licuarlas y sacar jugo de ellas. El jugo de las manzanas se separan en diferentes muestras y se mezclan con agua en

diferentes concentraciones (1/4 y 1/10). Se hecha la nueva mezcla en la probeta mas grande (1L). Se deja la probeta sobre la mesa de laboratorio y se empieza a medir el tiempo. Se toma mediante la ayuda de un cronómetro el tiempo que tardará en sedimentar el jugo

de manzana. Se tomará apunte de los tiempos y de las alturas marcadas en la probeta.

V. RESULTADOS Y DISCUSIÓN

Tabla1. Datos de manzana en la concentración de 500/2000.

t (min) h (cm)3 3.15 6.3

6.5 78 7.9

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Figura 3. Datos de la manzana en concentración de 500/2000. t (min) vs. h (cm)

La velocidad = Tangente =7.9 cm / 7.8min= 1.6880 x 10-4 m/s

Según Philippe, (1995); para el gráfico de Altura de Sedimentación vs Tiempo, existe una primera fase en la que esta altura disminuye de manera constante con el transcurso del tiempo hasta llegar a un punto crítico, a partir de la cual se observan dos zonas: de clarificación y de compresión.En la tabla 1 y Figura 1, presentadas se comprueba que no coincide con las afirmaciones anteriormente mencionadas, este puedo deberse que no se usó ningún otro compuesto para que la solución de manzana sedimente y su altura descienda.

Tabla2. Datos de manzana en la concentración de 100/1000.

t (min) h (cm)2 1.34 4.76 8.88 10.4

2 3 4 5 6 7 8 90

1

2

3

4

5

6

7

8

9

t (min)

h (c

m) TANGEN-

TE

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11 11.5

Figura 4. Datos de manzana en concentración de 100/1000 en donde t (min) vs. h (cm).

La velocidad = Tangente=10.8cm / 10.3 min = 1.7476 x 10-4 m/s.

Según Philippe, (1995); cada Figura en la sedimentación del almidón de maíz ,nos debe mostrar el comportamiento de la curva de sedimentación del almidón de maíz en una probeta de una altura (H) en un tiempo (t) a cada concentración, mostrando pendientes diferentes en función de la concentración de CaCO3, éstas pendientes suelen ser más altas cuando la concentración es menor indicando que las velocidades de sedimentación son más altas en éstas etapas debido a que a menor cantidad de partículas existe menos interferencia en la caída Comparando lo dicho por Philippe (1995), en las figuras 3 y 4 nos muestra un comportamiento que a una menor concentración del jugo de manzana en la probeta nos da una mayor velocidad de sedimentación 1.7476 x 10-4 m/s. debido a que en la Tabla 2 la concentración fue de 100/1000; y en tabla 1 a una mayor concentración de jugo de manzana de 500/2000 nos da una menor velocidad de 1.6880 x 10-4 m/s. Entonces si contrasta con lo expuesto por el autor.

Según Cheng, et al (1955), la velocidad de sedimentación de las partículas presentes en una suspensión sufre una caída monótona de su valor, a medida que su concentración volumétrica aumenta. El origen de este fenómeno se encuentra en la variación que sufre el comportamiento de las fuerzas hidrodinámicas, osmóticas y electroquímicas entre las partículas a medida que su concentración aumenta. Este fenómeno depende, además, del tamaño de las partículas presentes en la suspensión, ya que para suspensiones conformadas por partículas cuyo diámetro medio sea mayor a 100 μm, las fuerzas osmóticas y electroquímicas se pueden despreciar.

0 2 4 6 8 10 120

2

4

6

8

10

12

14

t (min)

h (c

m) TANGENTE

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Comparando lo expuesto por Cheng , et al (1955); vemos que las velocidades del jugo de manzana en sus diferentes concentraciones fueron aumentando a medida que había una baja concentración en su composición es así que a una concentración de 100/1000 tenemos una velocidad de 1.7476 x 10-6 m/s y a una concentración de 500/2000 tenemos una velocidad de 1.6880 x 10-4 m/s; entonces podemos afirmar que el origen de este fenómeno se encuentra en la variación que sufre el comportamiento de las fuerzas hidrodinámicas, osmóticas y electroquímicas entre las partículas a medida que su concentración aumenta y a la vez dependerá de tamaño de las partículas.

Según Rivera et al, (2005); la relación de la altura de interfase de sedimentación en función del tiempo, muestran pendientes diferentes en función de la concentración de almidón, éstas pendientes son más altas cuando la concentración es menor indicando que las velocidades de sedimentación son más altas en éstas etapas debido a que a menor cantidad de partículas existe menos interferencia en la caída, tal y como se mostrará mas adelante.Comparando lo expuesto por el autor con las tablas 1 y 2 y figuras 3 y 4; vemos que a una mayor pendiente la concentración es menor y eso es cierto debido que a una concentración de 100/1000 la velocidad será 1.7476 x 10-4 m/s. y que a una concentración de 500/2000 la velocidad será de 1.6880 x 10-4 m/s. es decir las velocidades son mas altas a una menor concentración de partículas.

VI. CONCLUSIONES

se determinó experimentalmente la velocidad de sedimentación del jugo de manzana en las concentraciones de 100/1000 y 500/2000 obteniendo para el primer caso una velocidad de 1.7476 x 10-4 m/s y para el segundo caso 1.6880 x 10-4 m/s, concluyendo que a una menor concentración de partículas habrá una mayor velocidad de sedimentación y que a una mayor concentración de partículas habrá una menor velocidad de sedimentación.

VII. RECOMENDACIONES

La preparación de la suspensión debe ser estable, lo que significa que el líquido adquiera las características de un electrolito que impida la formación de aglomerados (grupos de partículas, las que dependiendo del potencial Z que posean se agrupen formando un aglomerado, el que obviamente presenta una mayor velocidad de sedimentación y genera así la aparición de una aparente segunda forma modal, entendiendo como modo al conjunto de partículas de un similar tamaño y/o diámetro).

Una correcta dispersión de la suspensión, permitirá la formación de aglomerados y de flóculos que interfieren en la medición.

VIII. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

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CHENG, P. SCHACHMAN, H. (1955). “Studies on the validity of the Einstein viscosity law and Stokes law of sedimentation”. Journal Polymer Sci. 16, pp. 19-30.

PHILIPPE, D. (1995). Seminario textura y reología de alimentos. Memorias, Dpto. Eng. Alimentos, Universidad del Valle, Cali-Colombia.

RIVERA, F., GUTIÉRREZ, A., VAL, R., APARICIO, J. Y DIAZ, L. (2005). La medición de sedimentos en México IMTA, México.

IX. ANEXOS

Inicio de la sedimentaciónVertido de la suspensión en la probeta