Sedimentacion

INSTITUTO DE INGENIERÍA SANITARIA Y AMBIENTAL
AREA DE HIDRÁULICA CÁTEDRA DE HIDRÁULICA APLICADA A LA INGENIERÍA SANITARIA

TEORÍA DE LA SEDIMENTACIÓN

Ing. Luis E. Pérez Farrás Agosto 2005

1. Conceptos Generales
Definimos como "sedimentación" al proceso natural por el cual las partículas más pesadas que el agua, que se encuentran en su seno en suspensión, son removidas por la acción dela gravedad. Las impurezas naturales pueden encontrarse en las aguas según tres estados de suspensión en función del diámetro. Éstos son : a) Suspensiones hasta diámetros de 10-4 cm. b) Coloides entre 10-4 y 10-6 cm. c) Soluciones para diámetros aún menores de 10-6 cm. Estos tres estados de dispersión dan igual lugar a tres procedimientos distintos para eliminar las impurezas. El primero destinadoa eliminar las de diámetros mayores de 10-4 cm. constituye la "sedimentación simple". El segundo implica la aglutinación de los coloides para su remoción a fin de formar un "floc" que pueda sedimentar. Finalmente, el tercer proceso, que esencialmente consiste en transformar en insolubles los compuestos solubles, aglutinarlos para formar el "floc" y permitir así la sedimentación. Es decir que enmuchos casos, las impurezas pueden ser, al menos en teoría removidas mediante el proceso de sedimentación. A continuación detallaremos un cuadro en el que se presenta a título ilustrativo valores de la "velocidad de sedimentación" correspondiente a partículas de peso específico 2,65 kg./dm.3 y a una temperatura del agua de 10° C, teniendo en cuenta distintos diámetros y los tiempos necesarios parasedimentar 0,3 m. D (mm) 10,0 1,0 0,1 0,01 0,001 0,001 0,0001 Velocidad de Sedimentación (mm/s) 1000,00 100,00 8,00 0,154 0,00154 0,0000154 0,000000154 Tiempo para sedimentar 0,3 m. 0,3 seg. 3,0 seg. 38 seg. 33 min. 35 horas 230 días 63 años

Clasificación Grava Grava Arena Gruesa Arena Fina Bacterias Coloides Coloides

De un rápido análisis del cuadro se deduce que en la práctica esnecesario establecer un tiempo límite para la sedimentación estableciendo a priori el diámetro mínimo que la estructura podrá remover. Lo contrario implicaría diseñar tanques de sedimentación incompatibles con las posibilidades económicas y aún físicas de los proyectos.

2. Ecuación General de Resistencia
Nos proponemos determinar la intensidad de la fuerza resistente que se produce cuando un cuerpocon un contorno dado es obligado a desplazarse en un fluido en reposo. La expresión que hallaremos tiene validez general y puede ser aplicada para evaluar tanto la resistencia al avance de una nave submarina, la de un avión, o la resistencia opuesta a la decantación de una partícula en un líquido en reposo. A pesar de lo distintos que pueden parecer estos problemas en un análisis superficial, fáciles comprender que esencialmente constituyen un fenómeno físico similar. Nuestro interés fundamental es determinar la fuerza resistente que habrá de oponerse al desplazamiento vertical de una partícula discreta (motivado éste por acción de la gravedad) en el seno de un líquido, que en nuestro caso será invariablemente agua y cuyo peso específico ha de ser obviamente menor que el de la partícula. Aeste proceso que denominamos con toda generalidad "sedimentación" lo estudiaremos en detalle, en la consideración que la partícula es "discreta", es decir que no cambia su tamaño, forma (la que suponemos esférica), peso ni individualidad. La experiencia demuestra que el módulo de la fuerza de resistencia que nos proponemos evaluar responde a la siguiente ecuación :
Fres = f ( Vs , L, Ω, ρ, µ )(1)

Donde: - Vs es la velocidad de sedimentación de la partícula. - L es una longitud característica, partícula. en nuestro caso el diámetro dp de la

- Ω es un área característica y en nuestro caso es el área que se obtiene de un corte de la partícula con un plano que contenga su baricentro, por lo que: π. d p2 Ω= (2) 4 - ρ es la masa específica de la partícula . - µ es la viscosidad...