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Universidad Católica del Norte Facultad de Ingeniería y Ciencias Geológicas

INFORME PRÁCTICO 2: SEDIMENTACIÓN

Elaborado por: Constanza Ávila Ricardo Moreno Constanza Vásquez

1. NOMENCLATURA

         

Co: Concentración inicial H0: Altura inicial de la interface Cu: Concentración final Hu: Altura final de la interface Tu: Tiempo en alcanzar L0:Flujo inicial a sedimentar A: Área del espesador Z: Altura de la interface T: Tiempo de sedimentación CaCo3: Carbonato de Calcio

2. RESUMEN

El presente informe denominado “Sedimentación”, operación unitaria muy utilizada en la industria, operando continuamente; tiene como objetivo dimensionar un sedimentador es decir determinar o deducir tanto el área como la altura del mismo, a partir de datos experimentales. Para llegar a los objetivos planteados se procedió de la siguiente manera. Se preparó una suspensión de Carbonato de Calcio (CaCO3) en agua con una concentración X (Kg/m3), esta suspensión se introdujo a una probeta graduada en mm, se tapó y se agitó a fin de que se homogenice la mezcla; luego se dejó la probeta sobre la mesa del laboratorio y simultáneamente se empezó a medir el tiempo que transcurre. A partir de este momento y a intervalos de un minuto al principio y mayores a medida que se va depositando el sólido, se determina la posición de la superficie de separación de las zonas A y B. La anotación de alturas y tiempos se prolongó hasta que la altura casi no varíe en un intervalo de 20 minutos, luego se repitió el mismo procedimiento con otros cuatro concentraciones diferentes utilizando como un tiempo máximo de 60 minutos para cada uno.

3. INTRODUCCIÓN Se entiende por sedimentación a aquellos fenómenos mediante los cuales los sólidos en suspensión cuyo peso específico es mayor que el del fluido que los contiene son separados del mismo, debido al efecto de la gravedad. Los sólidos pueden estar presentes en el agua como ocurre naturalmente, como es el caso del limo o la arena, o en forma modifica de su estado natural, como resultado de los procesos de coagulación y floculación. Sea cual fuere el origen de las partículas, si son más densas que el agua es mayor su probabilidad de sedimentación, dando como resultado un fluido clarificado, y en el fondo de los tanques una suspensión más concentrada que se considera ha sido separada del mismo. Las partículas en sedimentación sedimentan de diferentes maneras, dependiendo de la concentración de la suspensión y las características de las partículas. La sedimentación de suspensiones se estudia con el objeto de aplicar un análisis y obtener una ecuación que permita predecir la velocidad de descenso de las partículas en la suspensión. En los últimos años se da mayor atención a la sedimentación en sedimentadores inclinados por su importancia en el campo industrial. La sedimentación es un tipo de separación mecánica, ampliamente utilizado hoy en día, es usado en la clarificación de agua y aguas residuales como por ejemplo eliminación de sólidos sedimentables generados en procesos de coagulación floculación, sedimentación de lodos biológicos y en general eliminación de arenas y sólidos decantables. El objetivo de la práctica es determinar la velocidad de sedimentación para una suspensión acuosa de carbonato de calcio a diferentes concentraciones tanto en un sedimentador vertical como en un sedimentador inclinado de base circular y rectangular, utilizando los datos experimentales. 4. MARCO TEORICO SEDIMETACIÓN La separación de una suspensión diluida mediante sedimentación por gravedad, para dar lugar a un fluido clarificado y una suspensión con mayor contenido de sólidos, se conoce como sedimentación. El mecanismo de sedimentación puede describirse mediante lo que ocurre en una prueba de sedimentación internamente en una probeta de vidrio, a medida que los sólidos se sedimentan a partir de una suspensión. Se preparará una suspensión con una concentración uniforme de partículas sólidas en toda la probeta. En cuanto se inicia el proceso, todas las partículas comienzan a sedimentar y se supone que alcanza con rapidez la velocidad terminal bajo condiciones de sedimentación obstaculizada establecerán varias zonas de sedimentación. La zona D de sólidos sedimentados incluirá de manera predominante las partículas más pesadas, que se sedimentan más rápido. En una zona de transición poco definida situada por encima del material sedimentado existen canales por donde los cuales deben existir el fluido. Este fluido es forzado desde la zona D al comprimirse. La zona C es una zona de distribución de tamaño variable y concentración uniforme. La zona B es una Zona de concentración uniforme, de casi la misma concentración y distribución que había al

principio. En la parte superior de la región B existe un límite por encima del cual está el líquido transparente en la región A. Sí la suspensión original tiene un tamaño cercano a las partículas más pequeñas, la línea entre A y B es definida. A medida que continua la sedimentación las zonas varían como se ilustra en la fig.c, d Nótese que A y D crecen a expensas de B. Por ultimo en donde B y C desaparecen y todos los sólidos aparecen en D; Esto se conoce como punto Crítico de sedimentación es decir, el punto en el cual se forma una sola interface describible entre el líquido clarificado y el sedimento. El proceso de sedimentación consiste en una compresión lenta de los sólidos, con él liquido desde la capa límite de cada partícula siendo forzado hacia arriba a través de los sólidos al interior de la zona clarificada. Las velocidades de sedimentación son muy lentas en esta suspensión densa. En la operación ilustrada de sedimentación internamente, las alturas de las zonas varían con el tiempo, las mismas zonas están presentes en un equipo operando con régimen continuo. Sin embargo una vez que se ha alcanzado un régimen estable (cuando la alimentación al espesador de la suspensión por unidad de tiempo es igual a la velocidad de alimentación de lodos y líquidos clarificados, la altura de todas las zonas serán constantes.

Las operaciones industriales de sedimentación pueden llevarse a cabo con equipos intermitentes o continuos que se conocen como esperadores. El equipo es solo un tanque cilíndrico con aberturas para la alimentación de la suspensión y la alimentación del producto. El tanque se llena con una suspensión diluida y se permite que sedimente .Después de un cierto periodo se decanta un líquido clarificado hasta que aparece el lodo en el drenaje. El lodo se extrae del drenaje con una abertura del fondo- I: Zona de líquido claro o clarificación.-II: La concentración es uniforme e igual que la concentración original, puesto que la velocidad de sedimentación es la misma a través de esta zona.- III: Capa de transición.

SEDIMENTACION Y ESPESAMIENTO Proceso cuando una suspensión diluida precipita por gravedad en un fluido claro en una suspensión de mayor concentración de sólido. Para determinar las velocidades de los mecanismos de la precipitación, se lleva a cabo una prueba de precipitación por lote colocando una concentración uniforme de la suspensión en una probeta graduada.

METODO DE LA BICECTRIZ Es un método más rápido, pero mucho menos preciso, que permite determinar el valor de tu. Para concentraciones final cuando se desee un sedimentado con la máxima concentración de sólido.

Figura 1: Método de la bisectriz para calcular el tiempo final de Sedimentación**

** http://www.minas.upm.es/catedra-anefa/Nunez-M3/Decantacion-04-c.pdf

AREA DEL ESPASADOR SEGÚN TALMADGE Y FITCH

Este método para obtener el área del sedimentador consiste en una prueba intermitente con una probeta. Al principio de la prueba, los sólidos se encuentran dispersos de manera uniforme a través de la probeta con una concentración Co. Con esta prueba además se puede obtener la masa total del sólido a partir de la siguiente ecuación:

Donde A es el área transversal de la probeta y Zo es la altura inicial de la interface. Cuando la velocidad de sedimentación disminuye con rapidez se alcanza la concentración crítica en un tiempo crítico.

CURVA DE SEDIMENTACION Se vierten las diferentes muestras en el equipo de sedimentación, se agita bien y se va midiendo el descenso de la interface líquido clarificado y carbonato de calcio tomando los tiempos. Luego de esto se pueden construir las curvas de sedimentación.

Figura 2: Distintas Etapas de una Sedimentación **

** http://www.minas.upm.es/catedra-anefa/Nunez-M3/Decantacion-04-c.pdf

Figura 3: Distintas Etapas de una Sedimentación ** ** ppt. Sedimentación de clases.

5. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

1. Hemos preparado tubos a utilizar, adherido cinta masking y marcado la cinta con plumón a tiempo determinado. 2. Hemos preparado soluciones de carbonato de calcio de 40 y 60 gramos por litro, dos de cada una. 3. Una vez bien homogenizada las soluciones, traspasamos el contenido a los tubos, y hemos medido la altura inicial de la mezcla al tiempo 0. 4. Se ha dejado la probeta en reposo y se ha determinado la altura que ocupa la suspensión en función del tiempo, tomando para ello medidas de la altura de la suspensión (h), hasta que ya no hemos apreciado la diferencia con el paso del tiempo. 5. Realizamos esta operación para las soluciones de concentraciones de 40 y 60 gramos por litro con y sin floculante añadido.

DIAGRAMA

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6. DATOS EXPERIMENTALES Y RESULTADOS

CONCLUSION En conclusión las mezclas entre sólidos y líquidos las cuales son sustancia que resulta de la unión de dos o más componentes diferentes, poseen distintas clasificaciones, las cuales son homogéneas y heterogéneas; que poseen distintos componentes, apariencias, propiedades y tamaños, son muy fáciles de diferenciar sabiendo utilizarlas correctamente y aplicando adecuadamente los distintos métodos de separación. Se deduce que son muy difíciles de reconocerlas pero por lo general se los puede diferenciar al separar compuestos, como el carbonato de calcio.