Ensayo Científico

Practica 2
Sedimentación
INTRODUCCIÓN
La sedimentación es un método para separar suspensiones en sus componentes (sólido-fluido) en el campo de gravedad. Este proceso se lleva a cabo en equipos denominados sedimentadores, donde las partículas sólidas tienden a descender y acumulaRse en el fondo del equipo, formando allí una capa polvo (sistema gas-sólido) o lodo (sistema sólido-liquido).Poroperación, los sedimentadores se dividen en: acción periódica o discontinuos y en continuos.

La sedimentación de discontinua se caracteriza porque el proceso se produce en el llenado del equipo con la suspensión y se deja en reposo durante un tiempo determinado, al final se obtiene lodo en el fondo y el líquido clarificado la parte superior. A la final del periodo el líquido claro se decanta ydespués extrae el lodo. Los sedimentadores discontinuos requieren de un considerable gasto de fuerza de trabajo debido a las manipulaciones para decantar y extraer el lodo.

La sedimentación continua tiene lugar en equipos donde continuamente se alimenta la suspensión y continuamente se extrae el fondo.

La teoría de separación de sólidos y fluidos tiene su fundamento en la mecánica deinteracción de un sólido y un fluido que se encuentran en movimiento relativo. Cuando un cuerpo sólido se mueve en el seno de un líquido (o de un gas) o cuando el fluido contornea un cuerpo sólido inmóvil, la interacción entre ambas se manifiestan en la aparición de ciertas fuerzas y resistencias que tienden a arrastrar el cuerpo sólido o a retardar su movimiento, según sea el caso. El grado deresistencia a o de arrastre depende en alto grado del carácter de movimiento del fluido (laminar o turbulento) y de la forma del objeto.

La fuerza que un fluido ejerce sobre un cuerpo inmóvil al que contornea se denomina fuerza de arrastre y es equivalente a la fuerza de resistencia que el fluido ofrece a un cuero en movimiento y se expresa matemáticamente usando el concepto desarrollado por Newton:donde: es el coeficiente de arrastre, el área proyectada del cuerpo sobre el plano perpendicular al movimiento del fluido, la densidad del fluido y la velocidad de movimiento del cuerpo.

Una aplicación sencilla de análisis dimensional, demuestra que el depende de la forma del cuerpo y del numero de . Para un régimen laminar y esferas con un intervalo de Stokes deduce que , laregión totalmente turbulenta de autosimulación (no o depende del número de Reynolds) se localiza a partir de y hasta se puede tomar como . A partir de se produce en una crisis y el valor de cae a .
Sedimentación de una partícula en el seno de un fluido

Supóngase de una partícula de masa comienza a caer en el seno del fluido. Al principio la velocidad de cero, experimentará una aceleraciónprovocada por la acción de la fuerza de gravedad al actuar sobre la partícula, aunque disminuida por la fuerza de empuje o flotación . Sin embargo, al aumentar la velocidad de la partícula comenzarán a manifestar la fuerza de fricción sobre la superficie del sólido, que en este caso se opone al movimiento del cuerpo hacia la abajo, . Las fuerzas y son constantes para una partícula y un fluidodeterminado, pero aumenta según aumenta la velocidad de caída adquirida. Dicha velocidad se torna constante, siendo ésta conocida como la velocidad de sedimentación libre, realizando los balances descritos anteriormente se puede determinar la siguiente ecuación:



donde es la gravedad específica y el diámetro de partícula. Se puede transformar esta ecuación de acuerdo al régimen de flujo:

Ec.de Stokes ()


Ec. de Newton ()



Sedimentación obstaculizada o frenada.

Cuando un cuerpo cae a través de un fluido confinado en un recipiente en cuyas dimensiones no rebasan cierta magnitud relativa con respecto a la del cuerpo, puede producirse una desviación del valor real de la velocidad de sedimentasión. Cuando la concentración de partículas en un conglomerado que sedimenta...