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• Daniel Ramirez

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UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO FACULTAD DE INGENIERIA QUÍMICA LABORATORIO DE OPERACIONES Y PROCESOS UNITARIOS

MANUAL TEORICO PRÁCTICO DE SEDIMENTACIÓN

REALIZADO POR: • • • •

AGERICO PANTOJA CADILLO JORGE LÓPEZ HERRERA JUAN MEDINA COLLANA CESAR CUBA

El presente manual, inserta al investigador a conocer sobre la operación de sedimentación a nivel de laboratorio e industrial.

SEDIMENTACION

I. OBJETIVOS: I.1. OBJETIVO GENERAL Determinar de forma experimental la variación de la velocidad de sedimentación con la concentración de sólidos I.2. OBJETIVO ESPECIFICOS Determinar la concentración de la suspensión dentro del sedimentador discontinuo a cualquier profundidad Determinar la sección transversal del sedimentador

II. FUNDAMENTO TEORICO La sedimentación es la operación unitaria que consiste en separar, por acción de la gravedad un solidó finamente dividido del liquido en el que esta suspendido, como resultado de este proceso se obtiene un liquido claro, y una suspensión con mayor contenido de sólidos. SEDIMENTACION SIMPLE Se entiende por sedimentación simple, a la operación de eliminación de las partículas sólidas contenidas en un fluido, por acción de la gravedad, generalmente es parte de los tratamientos primarios y tiene por objeto reducir la carga de sólidos sedimentables cuyos tamaños de partícula son relativamente grandes. SEDIMENTACION INDUCIDA Llamada también decantación, se refiere a la sedimentación de partículas coloidales, cuya coagulación o aglomeración ha sido inducida previamente por agente químicos tales como el alumbre o el hidróxido férrico, entre otros. Los sedimentadores industriales pueden realizar: - Operaciones de sedimentación intermitente o discontinua - Operaciones de sedimentación continuos OPERACIÓN DE SEDIMENTACION CONTINUA Consiste en alimentar una suspensión diluida constantemente a un equipo del cual se extrae líquido clarificado y suspensión concentrada o lodo de sedimentación, con caudal constante. Los sedimentadores o espesadores continuos son tanques de gran diámetro y poca profundidad provista de un rastrillo en el fondo que girando lentamente, obligan al lodo a desplazarse hacia el orificio de salida situado en la parte mas profunda .El liquido clarificado rebosa por los bordes del tanque siendo recogido en un canal abierto que va dispuesto periféricamente el , alimento se introduce por el centro del tanque

ETAPAS DE SEDIMENTACIÓN DISCONTINUA Para explicar cómo se desarrollará esta operación se recurrirá a la descripción de un experimento de sedimentación discontinua en un cilindro o probeta de vidrio a fin de poder observar a través de las paredes del recipiente los cambios que tienen lugar en el seno de la suspensión. La figura siguiente representa un proceso de sedimentación discontinua realizado en una probeta de laboratorio. En esta figura se representa la probeta conteniendo una suspensión de concentración uniforme en el momento de iniciarse el experimento (tiempo t = 0) Tan pronto como se inicia el proceso todas las partículas empiezan a sedimentarse formándose nuevas zonas.

Nótese que tanto la zona A como la zona D se hacen mayores, finalmente se alcanza un punto donde B y C desaparecen y todos los sólidos se concentran en D, el cual recibe el nombre de punto critico. Punto critico.-Es la concentración lenta de los sólidos, que hace que el liquido claro sea forzado hacia arriba a través de los sólidos, aquí la velocidad de sedimentación es baja.

Aplicando un balance de materia a una sección de sedimentacior situada por debajo de la alimentación se obtiene que, LoCo = ( V + Ln /A ) AC Donde V es la velocidad de sedimentación en la superficie A , Ln/A es la velocidad de arrastre ( todo el liquido que abandona A sale con el lodo), y ( V +Ln/A) es la velocidad total de caída de las partículas en esta sección . De esta forma la ecuación de diseño del decantador queda como, A = LoCo/V ( 1/C – 1/ Cn ) Luego:

(1/V)x(1/C-1/Cn) = LoCo/A

Altura de la Interfase (cm)

Una vez hallada el área ,A, la altura h y la inclinación se obtienen fácilmente de ella .Para usar esta ecuación se debe conocer Lo , Co, y Cn así como la variación de la velocidad de sedimentación con la concentración, V = f ( C ) . Para hallar esta relación de V con C no se pueden usar las ecuaciones deducidas para el movimiento de partículas en el seno de un fluido ya que existen muchas interacciones entre las partículas que modifican el valor de la velocidad de sedimentación .Dicha relación V= f ( C ) , se determina experimentalmente para cada suspensión .Para ello se toma una probeta en la que se coloca la suspensión y se agita para tener concentración uniforme .Se deja en reposo y se mide la altura inicial de la suspensión ho. Seguidamente se va determinando la altura que ocupa la suspensión en función del tiempo.

C Pendiente

Pendiente dh dT = VC

dh dT = Vs

0

B

t1

dh dT = 0

tC

Tiempo de sedimentación (min)

t Figura 2. Representación Gráfica de la Altura frente al tiempo

Mediante este análisis podemos predecir el tamaño de un sedimentador real(continuo),que trabaje con la solución en dicho estudio. TRATAMIENTO DE AGUA RESIDUAL

CORTE TRANSVERSAL DE DECANTADORES CONTINUOS CON PANTALLAS

III PARTE EXPERIMENTAL

Instrumentos y Materiales

 3 Probetas de 1L  500 g de cal

 Cronómetro  Bagueta  Regla o papel milimetrado

Procedimiento

1°. Preparar 3 soluciones de cal de diferentes concentraciones (50gr/Lt, 100gr/Lt, 200gr/Lt).

2°. Colocar cada una de las soluciones en una probeta de 1Lt.

3°. Colocar papel milimetrado en la probeta para medir la altura del sedimento.

4°. Agitar y mezclar bien con una bagueta cada una de las soluciones hasta que la solución sea homogénea en todos sus puntos.

5°. Finalmente tomar datos de la altura para un determinado intervalo de tiempo. 6˚- Desarrollar las graficas siguientes

Z(cm) vs t(min) V(cm/min) vs C(kg/m3) (1/C – 1/Co) vs V(cm/min)

CALCULO EXPERIMENTAL Para cada muestra con diferentes concentraciones se tabulara lo siguiente: TABLA 1 (DATOS EXPERIMENTALES) Se desarrolla para cada una de las concentraciones Co(kg/m3) = medida 1 Z(cm) t (min)

2

3

4

5

6

7

8

9

TABLA 2 (DATOS DE GRAFICA AJUSTADA) medida 1 2 3

Z(cm)

t (min)

C(kg/m3) V(cm/min) (1/C-1/Co)

LiCi/A

A(cm2)

. . .

. . .

. . .

. . .

. . .

. . .

. . .

. . .

Donde: C con la relación CoLo = CiLi V con la pendiente de la grafica Z vs t como v = -dZ/dt y con ajuste de curva (1/C – 1/Co) con los datos anteriores LiCi/A con la división de las dos columnas anteriores A del reemplazo de la columna anterior a las condiciones de L(m3/min) y C(kg/m3)

IV. EJERCICIOS DE APLICACIÓN

1) Se debe diseñar un clarificador para un efluente con un caudal de 8000 m3/día que tiene una concentración de sólidos en suspensión de 3533 mg/lt. La concentración deseada en los lodos a extraer se especifica en 11765 mg/lt (despreciar la concentración de sólidos en el líquido clarificado).

2) Una suspensión al 3% en peso de carbonato de calcio se sometió a una prueba de sedimentación intermitente. La densidad de los sólidos en suspensión era de 2,63 g/ml y la densidad del liquido 1g/ ml. Los resultados de la prueba indican a continuación. Tiempo (min.) Altura (m)

0

20

40

60

80

100

120

140

176

100

74

57

42

34

26

22

Determine el área de un sedimentador para manejar 400 000 Kg de sólidos por día .La concentración inicial de sólidos en la alimentación es de 3% en peso y la concentración final será de 40% de sólidos.

V . REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS

1. Foust, Alan S. “Principios de Operaciones Unitarias” Compañía Editorial Continental S.A. de C.V., México, 1987. 2. Christie J. Geankoplis. “Procesos de transporte y operaciones unitarias” Compañía Editorial Continental S.A. de C.V, México, 1998. 3. http://fjarabo.quimica.ull.es/Practics/IQ2/IQ2Files/Practicas_22.pdf 4. http://fjarabo.quimica.ull.es/Practics/IQ2/IQ2Files/Practicas_20.pdf 5. http://www.proyectosquimica.com/sedimentadores.htm 6. Coulson J.M.: Ingeniería Química – Vol II. Editorial Reverte S.A. 7. Mc Cabe Warren: Operaciones Básicas de Ingeniería Química-Vol II. 8. http://www.uam.es/personal_pdi/ciencias/mgilarra/Fluid/Sedimentacion %202006-2007.pdf