Informe de Laboratorio Sedimentacion
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I
Laboratorio N 01: sedimentacin
I. objetivos
Proporcionar a los estudiantes una experiencia sobre la teora de la sedimentacin.
Mediante la aplicacin de la ley de Stokes relativa a la sedimentacin, encontrar el dimetro equivalente de las partculas de harina de trigo.II. Materiales y equipos
Harina de trigo, carbonato de calcio Bureta de 50 ml Cronmetro Balanza
Vaso de precipitado Fuente de luz ReglaIII. Fundamento terico
Se define como sedimento a cualquier sustancia que habiendo estado en suspensin en un lquido se deposita en el fondo del recipiente que los contiene. Para una partcula que desciende en el seno de un lquido, la velocidad esta dada por la ley de Stokes:
P harina = 1.259 gr/cm3
Donde:
V = velocidad de cada de la partcula (cm/seg) d = dimetro de la partcula (cm) u = viscosidad del liquido (gr/cm-seg)
Ps = densidad de la partcula (gr/ml) Pl = densidad del medio liquido (gr/ml) g = gravedad (cm/seg2)IV. procedimiento
a) Con harina de trigo
Diluimos 3 gr de harina en 15 ml de agua destilada Colocamos mercurio en la base de la bureta
Depositamos 30 ml de agua en la bureta y vertimos el trigo disuelto Luego realizamos las mediciones del tiempo y alturas del precipitado
B) Con carbonato de calcio
Preparamos una suspensin de carbonato de calcio a 2.5 % y 5 %
Luego depositamos las suspensiones en una probeta y realizamos las mediciones correspondientes. Se pesa una suspensin de carbonato de calcio (CaCO3) a 2.5 y 5%
Luego se coloca en una probeta y se agrega agua destilad, posteriormente se mezcla bien agitando la probeta.
Luego con ayuda de una regla se realizan las mediciones correspondientes.
V. clculos
1. Para la harina de trigo
A) CLCULO DE LA VELOCIDAD CONSTANTE (velocidad de cada):
V = velocidad constante (cm/s) e = espacio recorrido por la partcula (cm) DATO: 1cm3 = 1 cm lineal t = tiempo
V1 = 50/ 0V1 = 0
V2 = 49,7/ 60 V2 = 0,828
V3 = 49,2 / 2 (60)V3 = 0.41
V4 = 48,3/ 3(60)V4 = 0,268
V5 = 47,4/ 4(60)V5 = 0.197
V6 = 46,5/ 5(60)V6 = 0,155
V7 = 45,5/ 6(60)V7 = 0,126
V8 = 44,3/ 7(60)V8 = 0,105
V9 = 44/ 8(60)V9 = 0,091
V10 = 43.3/ 9(60)V10 = 0,080
V11 = 43/ 10(60)V11 = 0,071
B) CLCULO DEL VOLUMEN SEDIMENTADO EN %
Se toma como 100% es volumen sedimentado en 45 minutos
Si: altura de sedimentacin = volumen del sedimento Altura de sedimentacin = 9,7 7 ------------- 100%0,3 -------------- x X2 = 4,29, %
7 ------------- 100 % 0 ------------- X
X1 = 0
7 ------------- 100%0,8 -------------- x X3 = 11,43 %
7 ------------- 100%1,7 -------------- x X4 = 24,29 %
7 ------------- 100%3,5 -------------- x X6 = 50 %
7 ------------- 100%2,6 -------------- x X5 = 37,14 %
7 ------------- 100%5,7 -------------- x X8 = 81,43 %
7 ------------- 100%4,4 -------------- x X7 = 62,86 %
7 ------------- 100%6,7 -------------- x X10 = 95,71 %
7 ------------- 100% 6 -------------- x X9 = 85,71 %
7 ------------- 100% 7 -------------- x X11 = 100 %
C) VOLUMEN cm3 :
0,3 0,0 = 0,3 0,8 0,3 = 0,5 1,7 0,8 = 0,9 2,6 1,7 = 0,9 3,5 2,6 = 0,9 4,4 3,5 = 0,5 5,7 4,4 = 1,3 6 5,7 = 0,3 6,7 6 = 0,7 7 6,7 = 0,3 7 7 = 0
D) VELOCIDAD DEL VOLUMEN SEDIMENTADO (cm/seg):
- volumen = cm - t (tiempo) = seg
V1 = 0 / 0 V1 = 0
V2 = 0,3 / 60 V2 = 5 x 10-3
V3 = 0,8 / 120 V3 = 6,6 x 10-3
V4 = 1,7 / 180V4 = 9,4 x 10-3
V5 = 2,6 / 240 V5 = 10,8 x 10-3
V6 = 3,5 / 360 V6 = 9,72 x 10-3
V7 = 4,4 / 420 V7 = 9,52 x 10-3
V8 = 5,7 / 480 V8 = 11,87 x 10-3
V9 = 6 / 540 V9 = 11,11 x 10-3
V10= 6,7 / 600 V10 = 11,16 x 10-3
V11 = 7 / 660 V11 = 10,6 x 10-3
E) CLCULO DEL DIMETRO:
De Stokes:d = vr 18 u(Ps + Pi)g
u = 9.5 x 10-3 g/cm-s-2Pp = 1.259 g/cm3Pi =1 g/cm3
V2 = 0, 243
D22 = (0, 243 cm/s) (18) ( 9, 5 x 10-3 g/ m s) (1, 259 1) g/ cm3 (980 cm/s2)
D2 =
D2 = 0.0128 cm
V1 = 0
D21 = (0 cm/s) (18 x 9, 5 x 10-3 g/ m s) (1, 259 1) g/ cm3 (9, 8 m/s2)
D1 = 0
V3 = 0, 116
D3 = (0, 116 cm/s) (18) ( 9, 5 x 10-3 g/ m s) (1, 259 1) g/ cm3 (980 cm/s2)
D3 = 8.84 x 10-3 cm
V5 = 0, 051
D5 = (0, 051 cm/s) (18) ( 9, 5 x 10-3 g/ m s) (1, 259 1) g/ cm3 (980 cm/s2)
D5 =
D5 = 5.86 x 10-3 cm
V4 = 0, 070
D4 = (0, 070 cm/s) (18) ( 9, 5 x 10-3 g/ m s) (1, 259 1) g/ cm3 (980 cm/s2)
D4 =
D4 = 6.87 x 10-3 cm
V6 = 0, 041
D6 = (0, 041 cm/s) (18) ( 9, 5 x 10-3 g/ m s) (1, 259 1) g/ cm3 (980 cm/s2)
D6 =
D6 = 5.26 x 10-3 cm
2. Para carbonato de calcio
a) CON CARBONATO DE CALCIO A 2,5%:
Peso de CaCO3 = 0.6226 g
= 13.8
= 0.48
FS = Z0 Z para el minuto 2 Z0 - Z
FS = 13.8 13 = 0.06 13.8 0.48
FS = Z0 Z para el minuto 1 Z0 - Z
FS = 13.8 13.3 = 0.0375 13.8 0.48
FS = Z0 Z para el minuto 4 Z0 - Z
FS = 13.8 11.9 = 0.14 13.8 0.48FS = Z0 Z para el minuto 3 Z0 - Z
FS = 13.8 12.6 = 0.09 13.8 0.48
b) CON CARBONATO DE CALCIO A 5%:
Peso de CaCO3 = 1.2550 g
= 12.8
= 0.7
FS = Z0 Z para el minuto 2 Z0 - Z
FS = 12.8 11.9 = 0.066 12.8 0.48FS = Z0 Z para el minuto 1 Z0 - Z
FS = 12.8 12.4 = 0.03 12.8 0.48
VI. resultados
A) CON HARINA DE TRIGO NO de suceso(min)Vol.de sedim.(cm3)(min) volu-Men(cm3)Altura cada(cm)Vel. de cada(cm/s)% de sedimen-tacinVel. vol. sediment.(cm3/s)Dimetro de la partcula()(cm)
100.000.3500000
210.310.549.70.8284.295 x 10-30,0128
320.810.949.20.4111.436.6 x 10-38,84 x 10-3
431.710.948.30.26824.29 9.4 x 10-3
542.610.947.40.19737.14 10.8 x 10-3
653.510.546.50.155509.72 x 10-3
764.411.345.60.12662.869.52 x 10-3
875.710.344.30.10581.4311.87 x 10-3
98610.7440.09185.7111.11 x 10-3
1096.710.343.30.08095.7111.16 x 10-3
1110710430.07110010.6 x 10-3
B) CARBONATO DE CALCIO A 2.5%:
min.Niveles de suspensin Z separacinFraccin del sedimento (Fs)
013.80
113.30.0375
2130.06
312.60.09
411.90.14
510.70.233
69.90.293
78.50.398
87.80.45
97.30.488
106.00.586
114.50.698
122.70.833
131.40.931
1410.961
c) CON CARBONATO DE CALCIO A 5%:
min.Niveles de suspensin Z separacinFraccin del sedimento (Fs)
012.80
112.40.03
2120.066
311.70.091
411.30.124
5110.149
610.50.19
710.10.22
89.80.248
99.50.271
109.20.298
118.50.355
128.10.388
137.50.438
145.40.61
154.50.686
163.20.793
172.50.85
181.90.90
191.60.926
201.20.959
VII. cuestionario
A) Graficar:1. Altura del sedimento vs tiempo
Altura del sedimentoTiempo ()(min)
0,00
2,73
4,66
8,59
9,712
9,715
2. volumen del sedimento vs dimetro de partculaVolumen del sedimentoDimetro de partcula(cm)
2,70,0128
4,68,84 x 10-3
8,56,87 x 10-3
9,75,86 x 10-3
9,75,26 x 10-3
3. velocidad de partcula vs dimetro partculaVelocidad de partculaDimetro de partcula(cm)
0,2430,0128
0,1168,84 x 10-3
0,0706,87 x 10-3
0,0515,86 x 10-3
0,0415,26 x 10-3
4. velocidad de sedimentacin vs % de sedimentoVelocidad de sedimentacin% de sedimentacin
2,727,84
4,619,59
8,540,21
9,712,37
9,70
5. nivel de separacin vs tiempo para la probeta 1 = 0.6226
para la probeta 2 = 1.2550 g
6. fs vs tiempo: para la probeta 1 = 0.6226
para la probeta 2 = 1.2550 g
B) DEMOSTRAR LA LEY DE SEDIMENTACIN:
FuerzaDerozamientoEmpuje
F = P E FR. (1)F = m.a..(2)P = m/v -> m = P.v (*)V esfera = .. (3)
a = .. (4)
peso
Reemplazando (*) y (3) en (5)
E = m.g E= P.v.g P =
Reemplazando (3 y (4) en (2)F =
P = m.g.(5)E = m.g.(6) FR = 3
Reemplazando (*) y (3) en (5)
P = m.g P= P.v.g P =
Si la aceleracin se hace cero
P (D3/6)dv = P(D3/6)g - P(D3/6)g - 3uDv dt
0 = (PP - Pl)(D3g/6 ) - 3uDv
3uDv = (PP - Pl)(D3g/6 )
La ecuacin queda reducida a la siguiente expresin:
vmax = (PP - Pl)D2g (3x 6) u
vmax = (PP - Pl)D2g 18 u
C) DESCRIBA LA SEPARACIN POR CICLONES:
Se usa para separar partculas o polvo de gases: cicln, cilindro vertical con fondo cnico.La mezcla de aire entra tangencialmente en la parte superior y sigue un movimiento giratorio, se produce un remolino que da la fuerza centrfuga y van a la pared;(radialmente).Al ingreso, el aire fluye hacia abajo en espiral o vrtice pegado a la pared, cuando el aire se acerca al fondo cnico vuelve a subir en una pequea espiral en el centro cnico y del cilindro, forma doble vrtice, los 2 giran en el mismo sentido. Las partculas son arrastradas a la pared y caen al fondo, y salen. Se usa para partculas mayores a 5 micras, hasta menores a 200 micras; si es mayor a 200 micras se usa cmaras. Los ciclones permiten separaciones mucho mas efectivos que las cmaras de precipitacin por gravedad porque las fuerzas tangenciales son varias veces superiores a la fuerza de gravedad.
D) CMO DETERMINA LA DENSIDAD DE LA HARINA?
Primero se determina el peso de la masa de la harina por medio de la balanza analtica; Luego para hallar el volumen, como es slido, solo podemos hallar un volumen aparente , llenando una probeta con agua y midiendo el volumen desplazado al agregar el slido, ya con estos datos aplicamos la formula de la densidad:Densidad =Masa Volumen
E) DESCRIBA EL FUNCIONAMIENTO DE UN TANQUE DE SEDIMENTACIN DE LADOS EN LA EXTRACCIN DE ACEITES:
El funcionamiento de un tanque de sedimentacin es el sgte:
Producir mezcla completa. Agregar oxgeno al medio para que el proceso se desarrolle. El desage mezclado procedente del tanque aereador es sedimentado separando los slidos suspendidos (lodos activados), obtenindose un desage tratado clarificado. Inyeccin de oxgeno para activar las bacterias heterotrficas. Una gran parte de slidos biolgicos sedimentables en el tanque sedimentador son retomados al tanque de aireacin.
G) GRAFIQUE Y EXPLIQUE EL FUNCIONAMIENTO DE:
a) Centrfuga de cmara y disco:
Dicha centrfuga contiene un rotor de discos, de vaso slido que opera a 3000 a 20000 veces una gravedad en proporcin a un sistema de clarificado continuo, que es satisfactorio para materiales con un contenido de slidos de 1-2% mas o menos.
Es una cmara cilndrica, ancha y relativamente plana. La cmara contiene cierto numero de conos metlicos colocados muy prximos entre si, que se conocen por discos, que giran con la cmara y estn situados uno encima de otro con una separacin fija entre ellos. Los discos tienen uno o mas juegos de agujeros coincidentes que forman canales por donde fluye el producto alimentado, bajo la accin de la fuerza centrfuga la fase densa se desplaza hacia la pared de la cmara y circula hacia abajo por la parte inferior de los discos, mientras que la fase ligera se desplaza hacia el centro y fluye sobre las caras de los discos.
Los dimetros de la cmara varan desde 20 cm a 102 cm y la separacin entre los discos es del orden de 0.05 1.3 mm.
b) Centrfuga de cmara tubular:
Este tipo de centrifuga esta compuesta por una cmara cilndrica, estrecha y larga girando a gran velocidad en una montura exterior estacionaria. La cmara esta suspendida normalmente de un soporte proporcionado por la base. La alimentacin se hace a travs de un tubo estacionario por el fondo de la cmara y el liquido es acelerado rpidamente hasta la velocidad de la cmara por medio de las aspas o contratapas.Las dimensiones de la cmara varan entre 7.6 y 15.2 centmetros de dimetro y hasta 1.5 metros de alto. Una unidad tpica de 10.16 centmetros de dimetro y 76.2 centmetros de alto gira a 15000 rpm. Los modelos ms pequeos de laboratorio giran a velocidades de hasta 50000 rpm.
vIII. conclusiones
La teora de sedimentacin de una partcula con las consideraciones del caso, en un corto espacio de tiempo la partcula alcanza una velocidad mxima (V. limite), al alcanzar dicha velocidad, pierde aceleracin, pierde aceleracin puede representarse con un grafico.
al tener suspensiones de similar concentracin y diferente altura no se afectara la velocidad de sedimentacin ni la consistencia del sedimento, siempre y cuando guarden relacin con sus dimetros.
la sedimentacin se da cuando hay una diferencia de densidades, cuando la densidad de la particula es menor a la densidad del lquido esta sedimenta en el fondo del recipiente.
Mediante la aplicacin de la ley de Stokes fue posible encontrar el dimetro equivalente de las partculas de harina de trigo.
IX. bibliografia
Ingeniera de alimentos; Earle, R. L. Ingeniera de los alimentos, volumen II; Pierre Mafart, Emile Beliard;