4. Sedimentación

8/16/2019 4. Sedimentación

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Laboratorio de metalurgia extractiva

“Proceso de sedimentación y espesadores”

Dr. Ing. Robinson A. Constanzo Rojas

Abril de 2015

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Aplicación de la sedimentación en la minería: Espesadores

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Aplicación de la sedimentación en la minería: Espesadores


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- La sedimentación es, en esencia, un fenómeno netamente físico y constituye uno de los procesosutilizados en el tratamiento del agua para conseguir su clarificación, entre otra aplicaciones.

Sedimentación

- Las partículas en suspensión sedimentan endiferente forma, dependiendo de lascaracterísticas de las partículas, así como de suconcentración. Es así que podemos referirnos a lasedimentación de partículas discretas,sedimentación de partículas floculentas ysedimentación de partículas por caída libre einterferida

- Para sedimentar. las partículas deberán tenerun peso específico mayor que el fluido.


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- Está relacionada exclusivamente con las propiedadesde caída de las partículas en el líquido. Cuando seproduce sedimentación de una suspensión departículas, el resultado final será siempre un fluidoclarificado y una suspensión más concentrada. Amenudo se utilizan para designar la sedimentación lostérminos de clarificación y espesamiento.

- Se habla de clarificación cuando hay un especialinterés en el fluido clarificado, y de espesamientocuando el interés está puesto en la suspensiónconcentrada.

Sedimentación


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Se llama partículas discretas a aquellas partículas que no cambian de características (forma, tamaño,densidad) durante la caída.

Se denomina sedimentación o sedimentación simple al proceso de depósito de partículas discretas. Estetipo de partículas y esta forma de sedimentación se presentan en los desarenadores, en lossedimentadores y en los pre-sedimentadores como paso previo a la coagulación en las plantas defiltración rápida y también en sedimentadores como paso previo a la filtración lenta.

Sedimentación de partículas floculentasPartículas floculentas son aquellas producidas por la aglomeración de partículas coloidesdesestabilizadas a consecuencia de la aplicación de agentes químicos. A diferencia de las partículasdiscretas, las características de este tipo de partículas, forma, tamaño, densidad- sí cambian durante lacaída.

Se denomina sedimentación floculenta o decantación al proceso de depósito de partículas floculentas.Este tipo de sedimentación se presenta en la clarificación de aguas, como proceso intermedio entre lacoagulación-floculación y la filtración rápida.

Sedimentación de partículas discretas

Sedimentación


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Sedimentación por caída libre y obstaculizada

- Cuando existe una baja concentración de partículas en el agua, éstas se depositan sin interferir. Sedenomina a este fenómeno caída libre. En cambio, cuando hay altas concentraciones de partículas, seproducen colisiones que las mantienen en una posición fija y ocurre un depósito masivo en lugar deindividual.

- A este proceso de sedimentación se le denomina depósito o caída interferida o sedimentación zonal.

Cuando las partículas ya en contacto forman una masa compacta que inhibe una mayor consolidación,se produce una compresión o zona de compresión. Este tipo de sedimentación se presenta en losconcentradores de lodos de las unidades de decantación con manto de lodos.

Sedimentación


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Sedimentación

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⇒

Se denomina sedimentación el asentamiento de una partícula, o una suspensión de partículas, en unfluido por efecto de una fuerza externa, que puede ser la gravedad, una fuerza centrífuga o cualquierotra fuerza de cuerpo

Enfoque discreto. Este enfoque que usa principios de la mecánica de partículas .

Antes del movimientoEquilibrio sobre una esfera sumergida en un fluido


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Una vez que la partícula se pone en movimiento aparece una nueva fuerza, la fuerza de arrastre entre elsólido y fluido que se opone al movimiento y que es proporcional a la velocidad relativa entre el sólido yel fluido, y como este último está inmóvil, es la velocidad que adquiere la partícula.

Inicio de movimiento

u es la velocidadde la partícula

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movimiento


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Stokes demostró que la velocidad terminal de una esfera en un fluido es directamente proporcional a ladiferencia de densidades entre el sólido y el fluido, al cuadrado del radio de la esfera, a la fuerza degravedad e inversamente proporcional a la viscosidad del fluido. Esta ecuación se basa en un balance defuerzas sobre la partícula, y es válida solamente para movimientos muy lentos, ya que para aquellos másrápidos es necesario desarrollar expresiones más elaboradas.

Las partículas deberán tener un peso específico mayor que el fluido

Representación física del régimen de decantación.Representación de velocidad de sedimentación

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Sedimentación

Limitaciones de la ley de Stokes


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Sedimentación: Sedimentación libre de partículas

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Para el caso de sedimentación obstaculizada, se debe considerar:

- Porosidad- Densidad de la pulpa- Factor de forma de las partículas- Cambio de régimen

Ley de Stokes Limitaciones de la Ley de Stokes


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Se dice que estamos ante una sedimentación obstaculizada, si el porcentaje de sólidos en peso dentro delfluido es elevado (superior a 15 %). El fluido se va a comportar como una pulpa y por lo tanto, la densidaddel fluido será la densidad de la pulpa.

Sedimentación: Sedimentación obstaculizada de partículas


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Sedimentación: Coeficiente de Arrastre

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El Coeficiente de arrastre de Newton ( ) es una función del número de Reynolds (Re) y de la forma delas partículas:

Valores de coeficiente de arrastre

El número de Reynolds se define por:

C D


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Flujo en lechos porosos

Porosidad ε huecosVolumen de (1 Volumen sólido)Volumen total Volumen total

Diámetro medio de Poros , parámetro que determina el tamaño de partículas que pasan a través del electrodo, y además,condiciona la tasa de filtración

Elementos básicos


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Sección transversal de área A:


Diámetro hidráulico:

Elementos básicos

Esfericidad:


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Donde Q es el caudal, A el área total, L la longitud del lecho, K la permeabilidad del lecho.

Darcy encontró, que el caudal que atraviesa un permeámetro es linealmente proporcional a la seccióntransversal y al gradiente hidráulico. La unidad más común para la Permeabilidad es el Darcy , que se definecomo el flujo “Q” en cm3/s resultante cuando la caída de presión es de 1 atm, aplicada a un lecho de 1cm2de área transversal “A” de 1cm de largo “L”, y para un fluido de viscosidad 1cP

Ley de Darcy


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Elemento de volumen deun lecho poroso.

La ley de Darcy se utiliza para este tipo de medio poroso, a bajasvelocidades en flujo laminar.

0p v gk

La ecuación de continuidad para un medio poroso esta dadapor la siguiente relación

0( v ) 0t

Donde k es la permeabilidad del medio al fluido, μ la viscosidadde la solución y v0 la velocidad superficial (velocidad volumétricade flujo a través de unidad de área de sección del sólido más elfluido)


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Brinkman propone modificaciones a la ley de Darcy introduciendo un término inercial, así setiene,

0 0p v v gk

Considerando altas velocidades, Ergun (1952) estableció una correlación que para superficies suaves y

rugosas considera, velocidad, viscosidad y densidad.

Para superficies rugosas se tiene

3

20 d

180 1dp / dxd 4

v 1 Re



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