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- 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.
- 5. OPERACIONES UNITARIAS I ZONAS DE UNA UNIDAD DE SEDIMENTACIÓN
- 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.
- 12. OPERACIONES UNITARIAS I ALGUNOS EQUIPOS DE SEPARACIÓN SÓLIDO-LÍQUIDO
- 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.