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UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO DEL PERFACULTAD DE INGENIERA
QUMICA
DEPARTAMENTO ACADMICO DE INGENIERA
PRESENTADO A:
REALIZADO POR:
HYO-PERU
2011
INTRODUCCIN
Informe de Laboratorio:
SEDIMENTACIN
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La sedimentacin es la operacin unitaria que consiste en separar,
por accin de la
gravedad, un slido finamente dividido del lquido en el que est
suspendido. Como
resultado de este proceso se obtiene un lquido claro (exento o
con muy bajo contenido en
slidos) y una pasta ms o menos espesa con un elevado contenido
en slidos.
Existen tres tipos de sedimentacin: Discreta, Con Floculacin y
Por Zonas. Esta
operacin unitaria puede llevarse acabo de forma continua o
intermitente. Los
sedimentadotes industriales, operan normalmente en rgimen
continuo.
LOS ALUMNOS
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RESUMEN
El presente informe denominado Sedimentacin, operacin unitaria
muy utilizada
en la industria, operando continuamente; tiene como objetivo:
Dimensionar un
sedimentador es decir determinar o deducir tanto el rea como la
altura del mismo, a partir
de datos experimentales.
Para llegar a los objetivos planteados se procedi de la
siguiente manera: Se prepar
una suspensin de Carbonato de Calcio (CaCO3) en agua con una
concentracin X (Kg/m3),
esta suspensin se introdujo a una probeta graduada en mm, se tap
y se agit a fin de que
se homogenice la mezcla; luego se dej la probeta sobre la mesa
del laboratorio y
simultneamente se empez medir el tiempo que transcurre. A partir
de este momento y a
intervalos de un minuto al principio y algo mayores a medida que
se va depositando el
slido, se determina la posicin de la superficie de separacin de
las zonas A y B. la
anotacin de alturas y tiempos se prolong hasta que la altura
casi no vare en un intervalo
de 10 minutos, luego se repiti el mismo procedimiento con otros
cuatro concentracionesdiferentes utilizando como un tiempo mximo de
30 minutos para cada uno.
Una vez que se haya determinado las alturas se procedi a
determinar las dimensiones
requeridas, obtenindose como resultado los siguientes
valores:
A =
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SEDIMENTACION
ALTURA DE SUSPENSIN
La ALTURA de la suspensin por lo general no afecta ni a la
velocidad de sedimentacin o
la consistencia de los sedimentos en ltima instancia obtenida,
si , sin embargo, la posicin
de la lnea de fangos se complotados en funcin del tiempo para
dos alturas iniciales de los
purines, las curvas de la forma que se muestra en la figura 5.2
se obtienen en el que la radio
OA,:OA
,,est en todas partes constante. Que, si la curva se obtiene
para cualquier altura
una inicial, las curvas se pueden sacar de cualquier otra
altura.
DIMETRO DEL BARCO
si el radio del dimetro del vaso con el dimetro de la partcula
es mayor que alrededor de
100, las paredes del recipiente parecen no tener efecto sobre la
tasa de sedimentacin. delos valores ms pequeos, la velocidad de
sedimentacin se puede reducir debido a la
influencia de retardo de las paredes.
CONCENTRACIN DE SUSPENSIN
como ya se indic, a mayor concentracin, menor es la velocidad de
cada de la lnea de
lodos debido a que la mayor es la velocidad ascendente del flid
desplazadas y la ms
pronunciada son los gradientes de velocidad en el fluido. curvas
tpicas de la sedimentacin
de una suspensin de carbonato de calcio precipitado en el agua
se muestra en la figura 5.3,
y en la figura 5.4. la tasa de sedimentacin de masas es
complotados contra laconcentracin. esta curva tiene un valor mximo,
que corresponde a una concentracin por
volumen de alrededor de 2 por ciento .. Egolf y McCabe, el
trabajo y Kohler, y otros han da
expresiones empricas de la tasa de sediemnbtation en Tha varias
etapas, aunque stas son
de aplicacin general en un mdula serie de condiciones y
participacin constantes que
deben ser determinado experimentalmente para cada suspensin.
A.- Sedimentacin por gravedad.
Se produce Sedimentacin por gravedadsi la densidad de la
partcula () es mayor quela densidad del disolvente (o). Esto se
puede deducir a partir del Principio de Arqumedes.
Segn este principio, cuando se sumerge un cuerpo en un fluido,
el cuerpo experimenta
una fuerza E (empuje) de sentido opuesto al Peso (P), que tiene
igual valor que el peso del
lquido que ha desplazado.
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Este principio, tambin conocido como la Ley de Hidrosttica, se
aplica a los cuerpos,
tanto en flotacin, como sumergidos y a todos los fluidos. El
principio de Arqumedes
tambin hace posible la determinacin de la densidad de un objeto
de forma irregular, de
manera que su volumen no se mide directamente. Si el objeto se
pesa primero en el aire y
luego en el en agua, entonces la diferencia de estos pesos
igualar el peso del volumen del
agua cambiado de sitio, que es igual al volumen del objeto. As
la densidad del objeto
puede determinarse dividendo el peso entre el volumen.
Por lo tanto, sobre la partcula sumergida estn actuando tres
fuerzas, que favorecen (P) o
dificultan (E, FR) el movimiento:
P: Peso de la partcula; P = mg --> P = gV
FR: Fuerza de resistencia al avance; FR = f Vs
E: Empuje; E = mg -->E = ogV
Siendo:
m: masa de la partcula.
g: aceleracin de la gravedad.
: densidad de la partcula.
o: densidad del disolvente.
V: volumen del cuerpo y del fluido desplazado.
f: coeficiente de friccin.
Vs: velocidad de sedimentacin.
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E = mg = ogV
P = mg = gV
Fuerza Total = FT = P - E = ( - o )gV
Por lo tanto, para que haya sedimentacin por gravedad, debe
cumplirse que > o
B.- Ecuaciones para el movimiento unidimensional de partculas a
travs de un fluido.
Consideremos una partcula de masa m movindose a travs de un
fluido por la accin deuna fuerza externa Fc. Sea v la velocidad de
la partcula con relacin al fluido, Fb la fuerzade empuje sobre la
partcula y Fdla fuerza de resistencia al avance o de retardo.
La fuerza resultante que acta sobre la partcula es FCFbFd.
La aceleracin de la partcula es dv/dty de acuerdo con la Ley de
Newton:
F = (m /gc) (dv / dt)
(m / gc) (dv / dt) = FcFbFd (1)
La fuerza externa puede ser expresada como el producto de la
masa por la aceleracin de
la partcula:
Fc = (m a) / gc (2)
La fuerza de empuje, por el principio de Arqumedes, es igual al
producto de la masa del
fluido que desplaza la partcula por la aceleracin producida por
la fuerza externa. El
volumen de la partcula y por consiguiente el de fluido
desplazado, es igual a m/rsiendo rla densidad de la partcula. La
masa de fluido desplazado es igual a (m/r)ro siendo ro ladensidad
del fluido. La fuerza de empuje es por lo tanto:
Fb = (m a) / (r gc) (3)
La fuerza de retardo es Fd= (Cdvo2 ro Ap) / (2gc) (4)
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Siendo Cd un coeficiente adimensional de retardo yApel rea
proyectada por la partculasobre un plano perpendicular a la
direccin del movimiento de la misma. Por otra parte la
velocidad de aproximacin del fluido vo es igual a la velocidad
de la partcula v.
Sustituyendo estos valores de las fuerzas en la ecuacin (1) se
obtiene que:
dv/dt = a (1 ro / r) (Cd v2 rfAp ) / (2 m)
Algunos de los principios bsicos en la teora de la sedimentacin
se derivan de la Leyde Stokes. Para simplificar el problema se
suele considerar que las partculas a aislar enBiologa son esferas;
cuando stas se encuentran en un campo gravitacional y alcanzan
una
velocidad constante, la fuerza neta sobre cada esfera es igual a
la fuerza de resistencia que
opone el lquido a su movimiento. En este caso particular de la
ley de Stokes se comprueba
qu:
La velocidad de sedimentacin de cada partcula es proporcional a
su tamao, La velocidad de sedimentacin es proporcional a la
densidad de la partcula y a la
del medio,
La velocidad de sedimentacin es nula cuando ambas densidades se
igualan, La velocidad de sedimentacin disminuye al aumentar la
viscosidad del medio, y La velocidad de sedimentacin aumenta al
aumentar el campo de fuerza.
ETAPAS DE SEDIMENTACIN DISCONTINUA:
Debido a las fuerzas actuantes las partculas alcanzan su
velocidad terminal bajo
condiciones de sedimentacin retardada y descienden a travs del
fluido envueltas por la
capa limite cuyas caractersticas y dimensiones dependiendo del
rgimen de flujo a que
estn sometidas.
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B: zona de concentracin uniforme en donde la concentracin es
uniforme y es
aproximadamente igual a la inicial.
A: zona clarificada.
C: zona de transicin parte inferior s forman unos canales
longitudinales por conde
pasa el lquido expulsado en la zona de compresin, la velocidad
de sedimentacinresulta doblemente retardada porque 10) el liquido
proveniente de fl zona de
compresin sube ejerciendo un efecto de empt. sobre la partcula
que sedimenta y
20) al disminuir la dist neja entre ellas la capa limite se
comprime sobre la partcula
aumentando la resistencia.
D: zona de compresin: donde se compactan las partculas y su
posicin se modificar
algo con el tiempo como resultado de la expulsin del lquido, aqu
el proceso de
sedimentacin ha terminado y O.
E: zona comprimida: su concentracin es uniforme, las partculas
han tomado una
ubicacin definitiva que no se modifica con el tiempo, aqu tambin
es y = O, no
existe proceso de sedimentacin.
La zona de transicin no modifica su espesor con el tiempo
actuando como una membrana
que deja pasar las partculas hacia abajo y el liquido hacia
arriba. En esta zona termina la
sedimentacin y comienza la compresin y es donde se tiene l
velocidad mnima de
sedimentacin, por lo tanto es la zona limitante de la capacidad
de espesamiento.
Cuando se juntan AB con CD => AD o sea el punto crtico. Ya no
hay mas sedimentacin
sino nicamente compresin.
La capacidad de un espesador continuo se determina por el hecho
de que los slidos queinicialmente estn presentes en la alimentacin
debe ser capaces de sedimentar a travs de
todas sus zonas a una velocidad igual a la que se introducen en
el sedimentador.
Si la superficie no es suficiente los slidos se acumulan en la
zona de sedimentacin y en la
de clarificacin hasta que se descargan en el derrame
superior.
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PARTE EXPERIMENTAL
MATERIALES:
Probeta de 500mL (graduada en mm) Un Cronmetro Una Fiola de 500
mL
REACTIVOS:
Carbonato de Calcio Agua Destilada Permanganato de Potasio
DESCRIPCION DEL PROCEDIMIENTO:
Primeramente se acondicion los materiales a utilizar. Se prepar
una suspensin de Carbonato de Calcio (CaCO3) en agua con una
concentracin X (Kg/m3).
Esta suspensin se introduci a una probeta graduada en mm, se tap
y se agit a finde que se homogenice la mezcla.
Luego se dej la probeta sobre la mesa del laboratorio y
simultneamente seempez medir el tiempo que transcurre en separarse
las dos zonas A y B.
A partir de este momento y a intervalos de un minuto al
principio y algo mayores amedida que se va depositando el slido, se
determina la posicin de la superficie de
separacin de las zonas A y B La anotacin de alturas y tiempos se
prolong hasta que la altura casi no vare en un
intervalo de 10 minutos, luego
Se repiti el mismo procedimiento con otras cuatro
concentraciones diferentes,utilizando como un tiempo mximo de 30
minutos para cada uno.
Las otras cuatro concentraciones, fueron dos concentraciones
menores y dosmayores a la concentracin inicial.
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DATOS EXPERIMENTALES:
20 gramos
T(min) H(cm)
0 31.5
1 30
2 28.8
3 27.5
4 26.3
5 24.8
6 23.1
7 21.5
8 20.2
9 18.6
10 16.7
11 14.9
12 13.4
13 11.6
14 9.7
15 7.9
17 6.8
19 5.6
30 gramos
T(min) H(cm)
0 32
1 30.7
2 29.5
3 28.1
4 26.7
5 25.5
6 24.1
7 22.8
8 21.7
9 20.4
10 19.3
11 17.9
12 16.4
13 15.1
14 13.8
15 12.2
17 10.7
19 9.1
60 gramos
T(min) H(cm)
0 32.4
1 28.2
2 25.8
3 22.9
4 21.4
5 19.1
6 16.9
7 14.4
8 12.3
9 9.5
10 7.9
11 5.3
12 2.9
13 1.8
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70 gramos
T(min) H(cm)
0 34
1 33
2 31.7
3 30.1
4 28
5 25.6
6 23.9
7 21.2
8 18.7
9 16.1
10 13.2
11 10.8
12 7.3
13 5.5
14 3.6
15 2.1
80 gramos
T(min) H(cm)
0 32
1 20.4
2 19.9
3 19.3
4 18.6
5 17.5
6 16.8
7 16.1
8 15.7
9 15
10 14.2
12 13.6
15 12.8
20 11.3
25 10.1
90 gramos
T(min) H(cm)
0 34
1 32
2 30
3 27
4 25.5
5 23.5
6 21.5
7 19.5
8 16
9 15
10 13
11 11
12 9
13 6.5
14 4.5
15 3
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CALCULOS Y RESULTADOS
GRAFICAS
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CALCULO DEL AREA DE LA SUPERFICIE MINIMA QUE SE REQUIEREPARA
CONSEGUIR LA CLARIFICACION DEL SOLIDO.
Calculo de Vs:
Del grafico t=3.1 min
0
5
10
15
20
25
30
35
0 5 10 15
ALTURA
TIEMPO
60 gramos
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CONCLUSIONES
Se obtuvo los datos de las alturas tomadas a distintos tiempos,
para cada pesodiferente de carbonato de calcio como: 20, 30, 60,70,
80 y 90 gr.
Se grafic la altura versus el tiempo para cada peso, las cuales
pueden observar enlas paginas anteriores. Logrndose apreciar la
diferencia de velocidades de
sedimentacin.
Se calculo un rea el cual fue
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BIBLIOGRAFIA
McCabe; Smith OPERACIONES BSICAS DE INGENIERA QUIMICAEditorial
REVERTE S.A., Vol. I, ao 1973 BarcelonaEspaa
http://www.frm.utn.edu.ar/investigacion/compuquim/trat_primario.html
http://es.geocities.com/centrifugacion/principiofisico.htm
http://www.frm.utn.edu.ar/investigacion/compuquim/trat_primario.htmlhttp://www.frm.utn.edu.ar/investigacion/compuquim/trat_primario.html
