1. OPERACIONES
UNITARIAS I
CONTENIDOS
Unidad Nº 3: Sedimentación y Centrifugación
Principio de funcionamiento de equipos sedimentadores.
Separaciones sólido - fluido. Centrifugación. Aplicaciones en la
industria de los alimentos. Separaciones de líquidos
inmiscibles. Clarificación. Separación de lodos. Filtración
centrífuga. Centrífugas de cámara tubular. Centrífugas de
cámara y disco. Centrífugas clarificadoras.
Sedimentación centrífuga: ciclones.
2. OPERACIONES
UNITARIAS I
SEDIMENTACIÓN:
La sedimentación es una operación unitaria que consiste en la separación por la acción de la
gravedad de las fases sólida y líquida desde una suspensión diluida para obtener una
suspensión concentrada y un líquido claro. Las partículas en disolución pueden sufrir
alteración espacial, es decir, pueden cambiar de posición con el tiempo.
En un proceso de sedimentación la velocidad a la cual sedimentan las partículas en una
suspensión, no sólo depende de su naturaleza, sino también del medio en el cual están, así
como, de la fuerza aplicada a las partículas. Uno especularía que las partículas más grandes
sedimentarían más rápido que las más pequeñas, pero no debemos olvidar al factor
viscosidad del medio, que afecta la sedimentación de las partículas.
10. OPERACIONES
UNITARIAS I TIPOS DE
SEDIMENTADORES
Los decantadores laminares pueden tratar caudales
mayores en un área y con una estructura menor
que las requeridas por los convencionales y su
eficiencia es superior. No requieren energía
eléctrica para su operación.
La diferencia básica entre los decantadores
laminares o de alta tasa y los decantadores
convencionales reside en que los primeros trabajan
con flujo laminar y los últimos con turbulento. Ésta
diferencia teórica fundamental debe reflejarse en la
forma como se diseñan unos y otros.
15. OPERACIONES
UNITARIAS I
La centrifugación es un mecanismo de separación de mezclas (en particular, las compuestas
por sólidos y líquidos de distinta densidad) a través de su exposición a una fuerza giratoria de
determinada intensidad. Esta fuerza, conocida como fuerza centrífuga en la en la mecánica newtoniana
es una fuerza ficticia que aparece cuando un cuerpo describe un movimiento de rotación. Su nombre
quiere decir “que huye del centro.
La centrifugación opera empujando los componentes más densos de la mezcla hacia el punto
más alejado del eje de rotación y dejando los menos densos en el punto más cercano.
CENTRIFUGACIÓN: GENERALIDADES
16. OPERACIONES
UNITARIAS I
La centrifugación opera empujando los componentes más densos de la mezcla hacia el punto más
alejado del eje de rotación y dejando los menos densos en el punto más cercano.
CENTRIFUGACIÓN
17. OPERACIONES
UNITARIAS I Centrifugación diferencial
Aprovecha la diferencia de velocidad de sedimentación de las distintas moléculas de
una mezcla. Las partículas de densidades similares sedimentan juntas. Usualmente
se usa para separar componentes de una mezcla y constituye el paso preparatorio
para procesos de separación de moléculas.
Centrifugación isopícnica
Añade medios de distinta densidad a partículas que comparten el mismo coeficiente
de sedimentación, para poder separarlas mediante la fuerza centrífuga.
Centrifugación zonal
Separa las partículas de una mezcla a partir de su diferencia de velocidad de
sedimentación y también su masa, dado que la mezcla se coloca previamente
encima de un gradiente de densidad preformado, haciendo las veces de “colador” de
partículas gracias a la fuerza centrífuga.
Ultracentrifugación
Monitorea las estructuras empleando luz ultravioleta o interferómetros, a medida que
se sedimentan, mediante sistemas de rotor (fijo o de columpio). Es muy útil para
estudiar las estructuras subcelulares.
18. OPERACIONES
UNITARIAS I
El lavarropas: este aparato emplea la fuerza centrífuga para separar la ropa
(sólida) del agua (líquida) en base a sus densidades. Por eso la ropa suele
estar casi seca al sacarla de su interior.
EJEMPLOS DE
CENTRIFUGACIÓN
Industria láctea: la leche es centrifugada para escindir su contenido de agua y de lípidos, pues estos últimos
son empleados para extraer crema.
Obtención de enzimas: en la industria médica y farmacológica, a menudo se recurre a la centrifugación para
obtener determinadas enzimas de las células que las producen.
Separación del ADN: la centrifugación isopícnica a menudo se emplea en laboratorios genéticos para separar
el ADN celular y permitir su posterior estudio y manipulación.
19. OPERACIONES
UNITARIAS I
Alimentos para celíacos: a la hora de separar la proteína del gluten de
los alimentos que lo contienen, el proceso de centrifugado se hace
indispensable. Se realiza sobre la pasta de almidón, cuyo contenido de
gluten alcanza el 8 %, y se reduce por debajo del 2 % en sucesivas
centrifugaciones selectivas.
EJEMPLOS DE
CENTRIFUGACIÓN
Pruebas sanguíneas: se emplea una centrífuga para separar los elementos de la sangre, como el plasma y
otros elementos que comúnmente están mezclados en ella.
Aceleración de la sedimentación: en diversas industrias alimenticias, como la cervecera o la de los cereales,
la centrifugación permite apresurar los procesos de sedimentación que la gravedad genera espontáneamente,
reduciendo el tiempo de espera de la materia prima.
20. OPERACIONES
UNITARIAS I
Secado de sólidos: otra aplicación industrial de la centrífuga es el secado
de cristales u otros materiales cuya obtención va acompañada de agua. Al
girar, el agua se separa de los sólidos y es desechada, dejando los sólidos
deseados sin el líquido.
EJEMPLOS DE
CENTRIFUGACIÓN
Tratamiento de aguas residuales: a centrifugación de las aguas contaminadas permite extraer sustancias
densas en su interior, no sólo sólidas, sino incluso aceites, grasas y otros componentes indeseados que, una
vez centrifugados, podrían descartarse.
45. OPERACIONES
UNITARIAS I
CLARIFICACIÓN:
La operación de Clarificación se realiza en tanques de sedimentación
construidos con medios mecánicos para la eliminación continua de sólidos
que se depositan por sedimentación. Generalmente se usa un clarificador
para eliminar partículas sólidas o sólidos suspendidos del líquido para
clarificación y/o espesamiento.
46. OPERACIONES
UNITARIAS I
CLARIFICACIÓN: EQUIPOS
El sistema que se utiliza para realizar la operación mecánica de clarificación
se denomina CLARIFICADOR
Existen muchos diseños, pero fundamentalmente se pueden dividir en dos
grandes grupos:
LONGITUDINAL O RECTANGULAR
CIRCULAR O TANQUE
47. OPERACIONES
UNITARIAS I
CLARIFICACIÓN: EQUIPOS
El diseño y el funcionamiento de un clarificador son importantes para la
selección de uno de estos equipos para un sistema de tratamiento de aguas,
así como, el control de flujo de agua, que es fundamental a la hora de elegir
un clarificador para tratamiento de aguas
Los tanques de clarificación se dimensionan para que el agua tenga un tiempo de
permanencia óptimo dentro del tanque. Por lo general y para mantener los costos de
operación bajos, se utilizan clarificadores pequeños, sin embargo, hay que tener en
cuenta que el dimensionamiento debe ir de la mano con el flujo de agua que debe
pasar por el clarificador, ya que si este flujo de agua es demasiado grande con respecto
a la capacidad del clarificador, la mayoría de las partículas sólidas no tendrán tiempo de
asentarse y por ende, serán arrastradas con el agua tratada
48. OPERACIONES
UNITARIAS I
CLARIFICACIÓN: USOS
• Clarificación de aguas potables
• Aguas de lavados de filtros de arena y purgas de decantadores
• Reutilización de aguas de lavado
• Tratamiento terciario.
• Clarificación en Desaladoras
• Tratamiento primario en aguas residuales
• Clarificación secundaria.
• Tratamientos físico-químicos de aguas industriales.
53. OPERACIONES
UNITARIAS I
SEDIMENTACIÓN CENTRÍFUGA:
Los efectos de rotación y la gravedad son
usados para separar mezclas de sólidos y
fluidos
Un separador ciclónico es un equipo
utilizado para separar partículas sólidas
suspendidas en el aire, gas o flujo de
líquido, sin el uso de un filtro de aire,
utilizando un vórtice para la separación
54. OPERACIONES
UNITARIAS I
SEDIMENTACIÓN CENTRÍFUGA:
El separador ciclónico utiliza su
geometría para separar el material
sólido extraído de la corriente de aire.
Esta separación en vórtice hace que las
partículas sólidas golpeen la pared
exterior del ciclón, desaceleren y caigan
al recipiente colector en la base del
ciclón. El aire limpio luego sale por el
centro y parte superior del ciclón.
55. OPERACIONES
UNITARIAS I
SEDIMENTACIÓN CENTRÍFUGA:
Las características del sistema de colección de polvo ciclón están
determinadas por sus proporciones y tamaño, y por las propiedades y
caudales del aire y el polvo. El rendimiento se describe mediante la caída
de presión (consumo de energía), la eficiencia fraccional (porcentaje en
peso recolectado de cualquier tamaño de partícula) y la eficiencia total
(porcentaje en peso recolectado total).
La velocidad radial de una partícula, determinada por la Ley de Stokes, es
una función de la densidad y la viscosidad del aire, la densidad de la
partícula, el cuadrado del diámetro aerodinámico de la partícula y la
aceleración de la partícula. La aceleración es una función del cuadrado del
caudal de aire volumétrico y los recíprocos del cuadrado del área de
entrada y del diámetro del cuerpo del colector de polvo ciclón.
56. OPERACIONES
UNITARIAS I
SEDIMENTACIÓN CENTRÍFUGA:
Debido a que los patrones de flujo en los
ciclones son tridimensionales, las relaciones
matemáticas que describen las características de
rendimiento son muy complejas. Sin embargo, la
aplicación de las leyes físicas establecidas a los
datos empíricos derivados de las pruebas de
laboratorio y la experiencia de campo ha dado
como resultado modelos informáticos precisos
para predecir el rendimiento del ciclón. A su vez,
el rendimiento general de los colectores de polvo
ciclones ha mejorado y el alcance de las
aplicaciones para estas unidades se ha
ampliado.