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Universidad de Atacama- Departamento de Metalurgia
MECANICA DE FLUIDOS – NIVEL 302 METALURGIA
SEDIMENTACIÓN
SEDIMENTACION
MECANICA DE FLUIDOS – NIVEL 302 METALURGIA
Objetivos
 Aplicar los principios de la mecánica de fluidos en el
planteamiento y resolución de problemas prácticos,
relacionados con la sedimentación.
 Desarrollar la capacidad basado en conocimientos teórico-
prácticos para diseñar, seleccionar y evaluar equipos de
sedimentación.
SEDIMENTACION
MECANICA DE FLUIDOS – NIVEL 302 METALURGIA
Temario
 Introducción
 Sistemas de dispersión
 Estabilidad de dispersiones
 Coagulación y floculación
 Mecanismos de aglomeración de partículas
 Sedimentación discontínua
 Sedimentación contínua
SEDIMENTACION
MECANICA DE FLUIDOS – NIVEL 302 METALURGIA
Separaciones mecánicas
 Los métodos para separar los componentes de las mezclas
pueden resumirse en dos categorías
 Métodos difusionales
 diferencias físico-químicas entre las moléculas de la mezcla
 destilación, absorción de gases y extracción líquido-líquido
 Métodos mecánicos
 diferencias de propiedades físicas entre las partículas (tamaño, forma
y densidad)
 aplicables a mezclas heterogéneas
 filtración, centrifugación, tamizado, espesamiento y filtración
SEDIMENTACION
MECANICA DE FLUIDOS – NIVEL 302 METALURGIA
Sedimentación
 Es una operación de separación de fases fluido-sólido en la
que las partículas sólidas se separan del fluido debido a que
por su mayor densidad, tienden a sedimentar debido a la
gravedad.
 El fluido puede ser un líquido o gas, aunque en este último
caso pasa a ser fluidización
 Objetivos
 Clarificación: Obtener una fase líquida clara, sin sólidos en
suspensión
 Espesamiento: Obtener una pulpa de densidad adecuada para
alguna operación subsiguiente (ej: pulpa para filtrado)
SEDIMENTACION
MECANICA DE FLUIDOS – NIVEL 302 METALURGIA
Sedimentación
 Variables:
 Tamaño de partícula
 Densidad de la partículas
 Forma de las partículas
 Propiedades superficiales
 Otros fenómenos
 Sedimentación impedida
 Coagulación
 Floculación
 Dispersión
SEDIMENTACION
MECANICA DE FLUIDOS – NIVEL 302 METALURGIA
Sistemas de dispersión
 Son sistemas multifásicos, compuestos de dos o tres fases
 Una fase contínua (medio dispersante)
 Una o dos fases discontínuas (fases dispersas)
 Clasificación según el tamaño de partícula
 Suspensiones, partículas mayores que 1 micron
 Coloides, desde 1 micron a 10 angstrom
 Las pulpas tienen características de suspensiones y coloides a
la vez.
SEDIMENTACION
MECANICA DE FLUIDOS – NIVEL 302 METALURGIA
Estabilidad de las dispersiones
 Se define como la capacidad de un sistema de mantener en el
tiempo una concentración uniforme a través de todo el
volumen sin necesidad de agitación mecánica externa.
 Cuando el sistema no es estable, se separan ambas fases por
sedimentación de la fase sólida debido a la fuerza de
gravedad.
 Una suspensión es un sistema naturalmente inestable.
 La velocidad de separación de ambas fases está determinada
por la propiedades físicas de ambas fases y la concentración
de la fase sólida
SEDIMENTACION
MECANICA DE FLUIDOS – NIVEL 302 METALURGIA
Estabilidad de las dispersiones
 A medida que la partícula es más pequeña, menor es el efecto
de la fuerza de gravedad.
 A este nivel, son significativos factores tales como las fuerzas
de atraccción y repulsión entre las partículas.
 Si predominan las fuerzas de repulsión, el sistema se
mantiene estable
 En caso contrario, las partículas sedimentan solas o forman
agregados.
SEDIMENTACION
MECANICA DE FLUIDOS – NIVEL 302 METALURGIA
Fuerzas de London-Van der Wals
 Son fuerzas de atracción intermolecular y tienen origen en la
polarización, ya sea natural o inducida, de las moléculas.
 Si la molécula se encuentra en el seno de la solución, ésta se
encuentra compensada
 Si las moléculas se encuentran en la superficie, están
descompensadas
 Esta descompensación se manifiesta como una tensión o
energía superficial.
 El efecto neto de estas fuerzas es la tendencia a unirse, a fin
de disminuir la interfase del sólido, y con ello la energía
superficial del sistema.
SEDIMENTACION
MECANICA DE FLUIDOS – NIVEL 302 METALURGIA
Carácter eléctrico de la interfase
 Cuando una partícula se encuentra en una fase acuosa, su
superficie adquiere una carga superficial debido a la
interacción de la superficie con el medio.
 La distribución de carga en exceso sobre la superficie se
denomina “doble capa eléctrica”
 El potencial en la interfase se conoce como potencial
superficial o electroquímico ()
 El potencial en el plano de separación entre la capa fija y la
difusa se denomina potencial electrocinético o potencial Z ().
SEDIMENTACION
MECANICA DE FLUIDOS – NIVEL 302 METALURGIA
Carácter eléctrico de la interfase
+
+
+
+
+
+
+
+
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
+
+
+
+
+
Distancia a la superficie
Potencial


.- potencial superficial o
electroquímico
.- potencial electrocinético o
potencial Z
a
b c
SEDIMENTACION
MECANICA DE FLUIDOS – NIVEL 302 METALURGIA
Carácter eléctrico de la interfase
 El balance de las fuerzas de cohesión y la naturaleza eléctrica
de la superficie, determinan la estabilidad de un sistema
coloidal
Distancia
Atracción
Repulsión
SEDIMENTACION
MECANICA DE FLUIDOS – NIVEL 302 METALURGIA
Coagulación y floculación
 Para el espesamiento de pulpas, se hace necesario disminuir
la estabilidad de las dispersiones.
 Esto permite favorecer la formación de agregados
multipartículas con velocidades de sedimentación superiores a
la de una partícula normal.
 Se hace necesario reducir la barrera energética, disminuyendo
el potencial superficial.
 Posibilidades:
 Adsorción superficial de iones
 Condensación de la doble capa
SEDIMENTACION
MECANICA DE FLUIDOS – NIVEL 302 METALURGIA
Adsorción superficial
 Se realiza modificando la concentración de iones
determinantes de potencial
 Para los óxidos y silicatos, los iones determinantes de
potencial son el H+ o el OH- (pH).
 Un pH bajo indica una superficie cargada positivamente y uno
alto, una carga negativa.
 Se denomina punto de carga cero (ZPC) al pH en que el
potencial superficial es cero, que es característico de cada
mineral.
SEDIMENTACION
MECANICA DE FLUIDOS – NIVEL 302 METALURGIA
SEDIMENTACION
MECANICA DE FLUIDOS – NIVEL 302 METALURGIA
Condensación de la doble capa
 Consiste en la reducción de su tamaño debido a un aumento
de la fuerza iónica de la solución
 Esto se logra aumentando la concentración de un electrolito
indiferente a la superficie
 La disminución del perfil del potencial permite reducir la
barrera energética con lo que se favorece la formación de
agregados de partículas.
 Cuando se induce la desestabilización de una dispersión
mediante adsorción superficial de iones o por compresión de
la doble capa, el fenómeno se denomina coagulación.
SEDIMENTACION
MECANICA DE FLUIDOS – NIVEL 302 METALURGIA
Condensación de la doble capa
 Cuando se induce la desestabilización de una dispersión
mediante adsborción superficial de iones o por compresión de
la doble capa, el fenómeno se denomina coagulación.
- Coagulantes: Son en su mayoría inorgánicos. Su acción
es la de introducirse entre partículas residuales y unirlas a su
carga eléctrica. Los coagulantes tienen una carga eléctrica
contraria a las partículas residuales y actúan de puente.
SEDIMENTACION
MECANICA DE FLUIDOS – NIVEL 302 METALURGIA
Coagulación
Distancia a la superficie
Potencial


’


’
’
Adsorción superficial
de iones
Condensación de
la doble capa
Potencial
SEDIMENTACION
MECANICA DE FLUIDOS – NIVEL 302 METALURGIA
Floculación
 La floculación es otra forma de producir agregados de
partículas
 El agregado de partículas se produce como consecuencia de
la adición de compuestos orgánicos de cadena larga
(polielectrolitos)
 Estos compuestos se adsorben sobre la superficie
 Mecanismos
 Si la cadena es corta, el reactivo produce hidrofobización de las
superficies
 Si la cadena es larga con múltiples grupos polares, cada
molécula se adsorbe sobre varias partículas.
SEDIMENTACION
MECANICA DE FLUIDOS – NIVEL 302 METALURGIA
Mecanismo de aglomeración
de partículas
Coagulación
+ iones
+
+
Floculación hidrofóbica
Floculación por acción de puente
SEDIMENTACION
MECANICA DE FLUIDOS – NIVEL 302 METALURGIA
Mecanismo de aglomeración
de partículas
SEDIMENTACION
MECANICA DE FLUIDOS – NIVEL 302 METALURGIA
Reactivos floculantes
 Son polímeros orgánicos naturales como los polisacáridos
(almidón y sus derivados)
 También pueden ser sintéticos como las poliacrilamidas
 La longitud de las moléculas debe ser a lo menos del orden
del espesor de la doble capa
 Contienen a lo largo de la cadena grupos polares por medio
de los cuales se produce la unión del reactivo a la superficie
del mineral.
SEDIMENTACION
MECANICA DE FLUIDOS – NIVEL 302 METALURGIA
Reactivos floculantes
 La adhesión reactivo mineral puede ser debida a dos
mecanismos:
 Interacción electroestática
 Adsorción química mediante enlace de hidrógeno o covalente.
 La selección y dosificación de floculante depende de la
naturaleza de la pulpa y de la aplicación específica.
 Normalmente, existe una concentración de floculante en la
cual la eficiencia del reactivo es máxima
 Floculantes inorgánicos: Forman una densa red en el agua en
la que se retienen un alto porcentaje de las partículas residuales
presentes en el agua.
SEDIMENTACION
MECANICA DE FLUIDOS – NIVEL 302 METALURGIA
Velocidad de sedimentación
 La velocidad de separación o velocidad de sedimentación está
determinada por las propiedades del sólido, del líquido o de la
mezcla.
 Propiedades del sólido
 Densidad
 Forma
 Rugosidad superficial
 Condición eléctrica de su superficie
 Distribución granulométrica
SEDIMENTACION
MECANICA DE FLUIDOS – NIVEL 302 METALURGIA
Velocidad de sedimentación
 Propiedades de la fase líquida
 Densidad
 Viscosidad
 Naturaleza molecular
 Substancias disueltas
 Propiedades de la mezcla
 Concentración de sólidos
 Viscosidad de la mezcla
SEDIMENTACION
MECANICA DE FLUIDOS – NIVEL 302 METALURGIA
Sedimentación discontínua
SEDIMENTACION
MECANICA DE FLUIDOS – NIVEL 302 METALURGIA
Sedimentación discontínua
SEDIMENTACION
MECANICA DE FLUIDOS – NIVEL 302 METALURGIA
Velocidad de sedimentación
 Las zonas de sedimentación y la del líquido claro crecen a
expensas de las zona de concentración uniforme hasta que
desaparece (punto crítico).
 Hasta este punto, las partículas sedimentan libremente,
chocando eventualmente debido a la concentración
 Después del punto crítico, las partículas descansan una sobre
otra produciéndose una compresión final.
 Esto ocurre debido al peso de la columna y al peso de la
columna hidrostática.
SEDIMENTACION
MECANICA DE FLUIDOS – NIVEL 302 METALURGIA
Velocidad de sedimentación
 La única interfase nítida es la existente entre el agua clara y la
pulpa.
 La variación de esta altura respecto del tiempo se utiliza para
caracterizar la sedimentación batch.
 La velocidad de desplazamiento se calcula mediante la
pendiente de la curva.
 La curva presenta tres zonas típicas:
 Recta al principio, en que la velocidad de la interfase es
constante
 Tramo curvo, cuando desaparece la zona de concentración
constante
 Asintótica, después del punto crítico
SEDIMENTACION
MECANICA DE FLUIDOS – NIVEL 302 METALURGIA
Velocidad de sedimentación
 Sea G la densidad de flujo másica
 Masa que atraviesa una unidad de área perpendicular a la
dirección del flujo, en la unidad de tiempo
 El valor inverso corresponde al área unitaria, AU
 Representa el área de sección transversal necesaria para que
atraviese una unidad de flujo másico
2
w kg
Gb v C =
A m s
 
   

 
donde:
C = concentración de sólidos, masa de sólidos por unidad de volumen de pulpa
v = velocidad de sedimentación del sólido a la concentración C
w = flujo másico de sólidos
A = sección transversal al flujo
SEDIMENTACION
MECANICA DE FLUIDOS – NIVEL 302 METALURGIA
Velocidad de sedimentación
Experimentalmente:
Concentración, C
Velocidad
de
sedimentación,
v
Concentración, C
Densidad
de
flujo
másico,
Gb
SEDIMENTACION
MECANICA DE FLUIDOS – NIVEL 302 METALURGIA
Método de Coe y Clevenger
 La suposiciones de Coe y Clevenger fueron:
 que la velocidad de sedimentación solo es función de la
concentración
 El grado de floculación no depende de la concentración
 La información se obtiene mediante pruebas experimentales
en que se varía la concentración inicial
 Se aprovecha el hecho de que la curva es una recta.
SEDIMENTACION
MECANICA DE FLUIDOS – NIVEL 302 METALURGIA
Método de Kynch
 Kynch propuso que la sedimentación era un fenómeno de
propagación de ondas, basándose en las siguientes
suposiciones:
 La suspensión es originamente homogénea
 La velocidad de sedimentación es función de la concentración
local solamente
 Las partículas son esféricas y de tamaño uniforme, por lo que el
material sedimentado es incompresible
SEDIMENTACION
MECANICA DE FLUIDOS – NIVEL 302 METALURGIA
Método de Kynch
 Interpretación del fenómeno:
 Antes que comience la sedimentación habrá una concentración
uniforme
 Las partículas en sedimentación llegarán el fondo de la columna
donde se acumularán
 La concentración del materia acumulado será mayor que la
concentración inicial de la suspensión
 Existirá en todo punto una zona de concentración constante que
a través del tiempo se desplazará hacia arriba
 Esto último constituye una onda de concentración constante
SEDIMENTACION
MECANICA DE FLUIDOS – NIVEL 302 METALURGIA
Método de Kynch
dh
C - dC
v + dv
C
v
v
C : concentracion de solidos en la
onda de concentracion constante
v : velocidad de sedimentacion de las
particulas a la concentracion C
v : velocidad de ascenso de la onda
de concentracion constante
Masa que ingresa
al volumen de control = (v + dv + v) (C - dC) A
por unidad de tiempo
Masa que sale
al volumen de control = (v + v) (C) A
por unidad de tiempo
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
SEDIMENTACION
MECANICA DE FLUIDOS – NIVEL 302 METALURGIA
Método de Kynch
Desarrollando el balance de masa











































tiempo
de
unidad
por
control
de
volumen
el
en
acumula
se
que
Masa
tiempo
de
unidad
por
control
de
volumen
del
sale
que
Masa
tiempo
de
unidad
por
control
de
volumen
el
en
genera
se
que
Masa
tiempo
de
unidad
por
control
de
volumen
al
ingresa
que
Masa
       
(v + dv + v) (C - dC) A 0 (v + v) (C) A 0
dv
v C - v
dC
      
 
Nota: se desprecian los términos de segundo orden
SEDIMENTACION
MECANICA DE FLUIDOS – NIVEL 302 METALURGIA
Método de Kynch
 Como la velocidad solo es función de la concentración de
sólidos, tenemos:
v C '(C) - (C)
f f
 
 En cualquier instante se cumple que:
0 0 i i i i i i
solido inicial = solido en la onda + otro solido
C ×h ×A = C ×t ×v ×A + C ×t ×v ×A
donde:
vi : velocidad de ascenso de la onda de concentración Ci.
vi : velocidad de sedimentación de las partículas a la concentración Ci.
ti : tiempo en que la onda de concentración Ci alcanza la intefase agua-clara pulpa
h0 : altura inicial de la pulpa
SEDIMENTACION
MECANICA DE FLUIDOS – NIVEL 302 METALURGIA
Método de Kynch
 Como la velocidad de ascenso de
la onda es igual a:
i
i
h
v
t

0 0
i
i i i
C ×h
C =
h + v ×t
tiempo
Altura
interfase
m
ti
hi
zi
 Por lo tanto
 Del gráfico
i i
i
i
z - h
dh
v = - =
dt t
i i 0 0
C ×z = C ×h
 Combinando estas ecuaciones:
SEDIMENTACION
MECANICA DE FLUIDOS – NIVEL 302 METALURGIA
Método de Kynch
 Lo que significa que zi es la altura de la pulpa de
concentración uniforme Ci que contiene la misma cantidad de
sólidos que la pulpa inicial
 La velocidad de sedimentación, por lo tanto, se puede obtener
en función de la concentración a partir de un sola prueba de
sedimentación
 Experimentalmente, esto es válido para la zona anterior al
punto crítico.
 A partir de ahí, la velocidad y la densidad de flujo dependen de
la altura de la columna de fluido.
SEDIMENTACION
MECANICA DE FLUIDOS – NIVEL 302 METALURGIA
Sedimentación continua
 En una sedimentación continua, en estado estacionario, la
densidad de flujo de sólidos debe ser constante a través de
toda la unidad
 Asi no existe acumulación de sólidos en ningún nivel
 Esta densidad tiene dos componentes
 Una debida a la sedimentación, Gb.
 Otra debida al flujo global de pulpa hacia el underflow, Gu.
b u
G = G + G = v C + v* C
 
donde v* es la componente de la velocidad del sólido debida al flujo del underflow
SEDIMENTACION
MECANICA DE FLUIDOS – NIVEL 302 METALURGIA
Sedimentación continua
Concentración de sólidos, C
Densidad
de
flujo
másico,
G
Flujo batch
vi Ci
Flujo del underflow
V* Ci
CL Cu
SEDIMENTACION
MECANICA DE FLUIDOS – NIVEL 302 METALURGIA
Sedimentación continua
 Las curvas de densidad de flujo másico presentan un mínimo
que indica que existe una concentración CL para la cual que
flujo que atravieza es mínimo.
 Como la concentración de flujo de la alimentación Ca es
normalmente menor que CL y la de descarga Cu, es siempre
mayor
 Entonces, el máximo flujo de sólidos que debe pasar por
unidad de área hacia el undeflow está dado por este valor
mínimo.
 Este es el punto de operación estable de la unidad.
SEDIMENTACION
MECANICA DE FLUIDOS – NIVEL 302 METALURGIA
Sedimentación continua
 Estas condiciones son límites, ya que limitan la capacidad de
operación continua
 Un G mayor que GL provoca que el nivel de sólidos aumente
hasta eventualmente rebalsar
 Debido al desplazamiento hacia la superficie de la capa de
concentración CL por la acumulación de sólidos
 Una densidad de flujo menor que GL por el contrario provoca
una disminución del nivel de sólidos hasta vaciarse
 Todo esto desde luego sin variar el flujo del underflow.
SEDIMENTACION
MECANICA DE FLUIDOS – NIVEL 302 METALURGIA
Dimensionamiento de
espesadores continuos
 El dimensionamiento implica calcular el diámetro y la altura del
espesador
 Si bien es ideal contar con unidades pilotos, en la práctica se
necesitarían grandes volúmenes de pulpa.
 Normalmente, se trabaja con pruebas batch en probetas
 Todos los métodos se basan en determinar las condiciones
límites, variando solo la forma de manejar la información
experimental.
SEDIMENTACION
MECANICA DE FLUIDOS – NIVEL 302 METALURGIA
Area de un espesador continuo
Método de Coe y Clevenger
 Plantean la existencia de la condición límite para el flujo de
sólidos en una operación continua
 Suponen que la velocidad de sedimentación es solo función
de la concentración
 Las pruebas de sedimentación se realizan a varias
concentraciones iniciales.
 Con esta información se calcula la densidad de flujo de sólidos
para cada caso con el objetivo de determinar la condición
límite.
SEDIMENTACION
MECANICA DE FLUIDOS – NIVEL 302 METALURGIA
Area de un espesador continuo
Método de Coe y Clevenger
SEDIMENTACION
MECANICA DE FLUIDOS – NIVEL 302 METALURGIA
Area de un espesador continuo
Método de Coe y Clevenger
 Para un nivel i cualquiera
i i i i
G = v ×C + v*×C
como:
u
Q
v* =
s
donde:
Qu: flujo volumétrico de pulpa en el underflow
S : la sección del espesador
combinando las ecuaciones y despejando vi:
u
i
i
i
Q
G
v = -
C s
SEDIMENTACION
MECANICA DE FLUIDOS – NIVEL 302 METALURGIA
Area de un espesador continuo
Método de Coe y Clevenger
 En el estado estacionario, la densidad de flujo de sólidos en
cualquier nivel del espesador debe ser igual al de descarga
u u
i u
Q ×C
G = G =
s
luego:
despejando la densidad de flujo se obtiene:
i i
i u
1 1
v = G -
C C
 
 
 
i
i
i u
v
G =
1 1
-
C C
SEDIMENTACION
MECANICA DE FLUIDOS – NIVEL 302 METALURGIA
Area de un espesador continuo
Método de Coe y Clevenger
 Cuando se utiliza la dilución (razón agua-sólido en peso) la
ecuación anterior se transforma en:
donde:
D : dilución
 : densidad del fluido
i
i
i u
ρ×v
G =
D - D
 También se acostumbra a utilizar la variable area unitaria AU,
que indica el área necesaria para que atraviesa la unidad de
masa de sólidos en la unidad de tiempo
i
1
AU =
G
SEDIMENTACION
MECANICA DE FLUIDOS – NIVEL 302 METALURGIA
Area de un espesador continuo
Método de Coe y Clevenger
Ejemplo 1:
Se desea determinar el área unitaria de un espesador capaz de
recibir una alimentación con dilución 6:1 para producir una descarga
de 1.12:1
Se realizaron 5 experiencias a diferentes diluciones y los resultados
fueron:
Experiencia Dilución vi [cm/s] AU [m2 s/kg] AU [m2/TPH]
1 6.00 0.0184 265 7.37
2 4.94 0.0101 378 10.51
3 4.00 0.0076 379 10.53
4 3.51 0.0064 373 10.37
5 3.00 0.0051 369 10.24
i u
i i
D - D
1
AU = =
G ρ×v
SEDIMENTACION
MECANICA DE FLUIDOS – NIVEL 302 METALURGIA
 Revisar en Internet lo siguiente
SEDIMENTACION
MECANICA DE FLUIDOS – NIVEL 302 METALURGIA
Area de un espesador continuo
Método de Talmage Fitch
 Propusieron una modificación al método de Coe y Clavenger
 Consiste en determinar la relación velocidad de sedimentación
versus concentración a partir de una sola prueba.
 Las velocidades, las tangentes y las densidades de flujo
másico se determinan de acuerdo a:
i i
i
i
z - h
v =
t
0 0
i
i
C ×h
C =
z
i
i
i u
v
G =
1 1
-
C C
SEDIMENTACION
MECANICA DE FLUIDOS – NIVEL 302 METALURGIA
La altura de un espesador continuo está determinada por la
altura de la zona de compresión más alturas que se adicionan
principalmente por concepto de sumersión de la alimentación.
Experimentalmente se ha determinado que para una pulpa en
particular, la concentración de sólidos en la descarga del
espesador es función de la altura de la zona de compresión y
del tiempo que los sólidos permanecen en ella
Altura de un espesador continuo
Método de Talmage Fitch
SEDIMENTACION
MECANICA DE FLUIDOS – NIVEL 302 METALURGIA
El tiempo de residencia del sólido (tr) en la zona de
compresión de un espesador continuo está definido por el
tiempo necesario para que la pulpa atraviese la zona de
compresión, es decir es el tiempo necesario para que una
pulpa en su condición crítica alcance la concentración de
descarga.
Roberts propone estimar tr como la diferencia entre un tiempo
 y el tiempo necesario para que la pulpa alcance la
concentración de descarga deseada.
Altura de un espesador continuo
Método de Talmage Fitch
SEDIMENTACION
MECANICA DE FLUIDOS – NIVEL 302 METALURGIA
el tiempo  corresponde a una altura “Z” en el gráfico de Roberts
2
z
z
z
'
o
o 

Altura de un espesador continuo
Método de Talmage Fitch
SEDIMENTACION
MECANICA DE FLUIDOS – NIVEL 302 METALURGIA
La altura final del espesador se estima como la suma de la altura de
la zona de compresión más alturas que se adicionan por pos
siguientes conceptos:
- Sumersión de la alimentación : 0,6 mt
- Capacidad de almacenamiento: 0,6 mt
- Inclinación del fondo : 0,6 mt
Altura de un espesador continuo
Método de Talmage Fitch
SEDIMENTACION
MECANICA DE FLUIDOS – NIVEL 302 METALURGIA
tiempo (hr) altura (cm)
0 36
0.1 34.6
0.25 32.3
0.5 28.6
0.75 24.8
1 21.2
1.25 18.2
1.5 16.2
1.75 14.7
2 13.75
2.25 13.3
2.5 12.8
3 12.3
4 11.8
5 11.5
6 11.2
8 10.65
12 9.8
20 8.8
oo 7.7
Ejemplo:
Estimar
El área unitaria necesaria para llevar
una concentración inicial de 236 g/L
a una concentración final de 550 g/L
y la altura de la zona de compresión
si se requiere una capacidad de 50
Ton/hr
Una prueba de sedimentación batch
con dicha pulpa dio los siguientes
resultados.
SEDIMENTACION
MECANICA DE FLUIDOS – NIVEL 302 METALURGIA
 Con los datos de la tabla se debe graficar
en un grafico con escala normal la curva de
sedimentación.
tiempo (hr) altura (cm)
0 36
0,1 34,6
0,25 32,3
0,5 28,6
0,75 24,8
1 21,2
1,25 18,2
1,5 16,2
1,75 14,7
2 13,75
2,25 13,3
2,5 12,8
3 12,3
4 11,8
5 11,5
6 11,2
8 10,65
12 9,8
20 8,8
 7,7
curva de sedimentación
0
5
10
15
20
25
30
35
40
0 5 10 15 20 25
tiempo (horas)
altura
(cm)
SEDIMENTACION
MECANICA DE FLUIDOS – NIVEL 302 METALURGIA
curva de sedimentación
0
5
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0 5 10 15 20 25
tiempo (horas)
altura
(cm)
SEDIMENTACION
MECANICA DE FLUIDOS – NIVEL 302 METALURGIA
tiempo (hr) altura (cm) zi (cm)
0 36 36
0,1 34,6 36,1
0,25 32,3 36,1
0,5 28,6 36
0,75 24,8 35,6
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5 11,5 12,8
6 11,2 12,85
8 10,65 12,35
12 9,8 11,3
20 8,8
 7,7
SEDIMENTACION
MECANICA DE FLUIDOS – NIVEL 302 METALURGIA
tiempo (hr) altura (cm) zi (cm) vi (cm/hr) ci (g/cm3) Gi (g/cm2 hr
0 36 36 0 0,24 0
0,1 34,6 36,1 15 0,24 6,17061361
0,25 32,3 36,1 15,2 0,24 6,25288846
0,5 28,6 36 14,8 0,236 6,11796178
0,75 24,8 35,6 14,40 0,239 6,07076146
1 21,2 33,9 12,7 0,251 5,85
1,25 18,2 30,3 9,68 0,280 5,54
1,5 16,2 27,2 7,33 0,312 5,30
1,75 14,7 22,6 4,51 0,376 5,36
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2,5 12,8 15,95 1,26 0,533 21,29
3 12,3 14,1 0,6 0,603 -3,78
4 11,8 13,1 0,33 0,649 -1,18
5 11,5 12,8 0,26 0,664 -0,83
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12 9,8 11,3 0,13 0,75 -0,2560719
20 8,8 -0,44
 7,7
Gi min
SEDIMENTACION
MECANICA DE FLUIDOS – NIVEL 302 METALURGIA
másico
Flujo
w
espesador
Diámetro
w
AU
espesador
Area
G
AU
AU
G
i
i
*
1
1
min
min






SEDIMENTACION
MECANICA DE FLUIDOS – NIVEL 302 METALURGIA
tiempo (hr) altura (cm) h-hoo
0 36 1,45178644
0,1 34,6 1,42975228
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0,5 28,6 1,32014629
0,75 24,8 1,23299611
1 21,2 1,13033377
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12 9,8 0,32221929
20 8,8 0,04139269
 7,7
SEDIMENTACION
MECANICA DE FLUIDOS – NIVEL 302 METALURGIA
a) Determinación del tiempo  (gráf ico Roberts )
b) Determinación del tiempo en el que se alcanza la concentración
final “tu“ (gráfico conc. v/s tiempo)
c) Determinación del tiempo de residencia “tr”
d) Determinación de la concentración alcanzada al tiempo  (gráfico
conc. v/s tiempo)
e) Determinación de la concentración media
θ
u
r t
t
t 

2
C
C
C u
θ 

SEDIMENTACION
MECANICA DE FLUIDOS – NIVEL 302 METALURGIA
Cálculo del volumen de la zona de compresión
Donde w es el flujo másico a procesar
C
t
w
V r
c 
SEDIMENTACION
MECANICA DE FLUIDOS – NIVEL 302 METALURGIA
grafico de Roberts
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
1.6
0 5 10 15 20 25
tiempo (hr)
h-hoo
(cm
)
zo
Z’o
2
z
z
z
'
o
o 

Z=17
17
7
,
3
,
8



2
5
2
z
= 0,7 horas
Determinación del tiempo 
SEDIMENTACION
MECANICA DE FLUIDOS – NIVEL 302 METALURGIA
0.00
0.10
0.20
0.30
0.40
0.50
0.60
0.70
0 1 2 3 4 5 6
tiempo (hr)
concentración
(gr/
cm
3)

C
tu
Cu
Determinación del tiempo tu y C 

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  • 1. Universidad de Atacama- Departamento de Metalurgia MECANICA DE FLUIDOS – NIVEL 302 METALURGIA SEDIMENTACIÓN
  • 2. SEDIMENTACION MECANICA DE FLUIDOS – NIVEL 302 METALURGIA Objetivos  Aplicar los principios de la mecánica de fluidos en el planteamiento y resolución de problemas prácticos, relacionados con la sedimentación.  Desarrollar la capacidad basado en conocimientos teórico- prácticos para diseñar, seleccionar y evaluar equipos de sedimentación.
  • 3. SEDIMENTACION MECANICA DE FLUIDOS – NIVEL 302 METALURGIA Temario  Introducción  Sistemas de dispersión  Estabilidad de dispersiones  Coagulación y floculación  Mecanismos de aglomeración de partículas  Sedimentación discontínua  Sedimentación contínua
  • 4. SEDIMENTACION MECANICA DE FLUIDOS – NIVEL 302 METALURGIA Separaciones mecánicas  Los métodos para separar los componentes de las mezclas pueden resumirse en dos categorías  Métodos difusionales  diferencias físico-químicas entre las moléculas de la mezcla  destilación, absorción de gases y extracción líquido-líquido  Métodos mecánicos  diferencias de propiedades físicas entre las partículas (tamaño, forma y densidad)  aplicables a mezclas heterogéneas  filtración, centrifugación, tamizado, espesamiento y filtración
  • 5. SEDIMENTACION MECANICA DE FLUIDOS – NIVEL 302 METALURGIA Sedimentación  Es una operación de separación de fases fluido-sólido en la que las partículas sólidas se separan del fluido debido a que por su mayor densidad, tienden a sedimentar debido a la gravedad.  El fluido puede ser un líquido o gas, aunque en este último caso pasa a ser fluidización  Objetivos  Clarificación: Obtener una fase líquida clara, sin sólidos en suspensión  Espesamiento: Obtener una pulpa de densidad adecuada para alguna operación subsiguiente (ej: pulpa para filtrado)
  • 6. SEDIMENTACION MECANICA DE FLUIDOS – NIVEL 302 METALURGIA Sedimentación  Variables:  Tamaño de partícula  Densidad de la partículas  Forma de las partículas  Propiedades superficiales  Otros fenómenos  Sedimentación impedida  Coagulación  Floculación  Dispersión
  • 7. SEDIMENTACION MECANICA DE FLUIDOS – NIVEL 302 METALURGIA Sistemas de dispersión  Son sistemas multifásicos, compuestos de dos o tres fases  Una fase contínua (medio dispersante)  Una o dos fases discontínuas (fases dispersas)  Clasificación según el tamaño de partícula  Suspensiones, partículas mayores que 1 micron  Coloides, desde 1 micron a 10 angstrom  Las pulpas tienen características de suspensiones y coloides a la vez.
  • 8. SEDIMENTACION MECANICA DE FLUIDOS – NIVEL 302 METALURGIA Estabilidad de las dispersiones  Se define como la capacidad de un sistema de mantener en el tiempo una concentración uniforme a través de todo el volumen sin necesidad de agitación mecánica externa.  Cuando el sistema no es estable, se separan ambas fases por sedimentación de la fase sólida debido a la fuerza de gravedad.  Una suspensión es un sistema naturalmente inestable.  La velocidad de separación de ambas fases está determinada por la propiedades físicas de ambas fases y la concentración de la fase sólida
  • 9. SEDIMENTACION MECANICA DE FLUIDOS – NIVEL 302 METALURGIA Estabilidad de las dispersiones  A medida que la partícula es más pequeña, menor es el efecto de la fuerza de gravedad.  A este nivel, son significativos factores tales como las fuerzas de atraccción y repulsión entre las partículas.  Si predominan las fuerzas de repulsión, el sistema se mantiene estable  En caso contrario, las partículas sedimentan solas o forman agregados.
  • 10. SEDIMENTACION MECANICA DE FLUIDOS – NIVEL 302 METALURGIA Fuerzas de London-Van der Wals  Son fuerzas de atracción intermolecular y tienen origen en la polarización, ya sea natural o inducida, de las moléculas.  Si la molécula se encuentra en el seno de la solución, ésta se encuentra compensada  Si las moléculas se encuentran en la superficie, están descompensadas  Esta descompensación se manifiesta como una tensión o energía superficial.  El efecto neto de estas fuerzas es la tendencia a unirse, a fin de disminuir la interfase del sólido, y con ello la energía superficial del sistema.
  • 11. SEDIMENTACION MECANICA DE FLUIDOS – NIVEL 302 METALURGIA Carácter eléctrico de la interfase  Cuando una partícula se encuentra en una fase acuosa, su superficie adquiere una carga superficial debido a la interacción de la superficie con el medio.  La distribución de carga en exceso sobre la superficie se denomina “doble capa eléctrica”  El potencial en la interfase se conoce como potencial superficial o electroquímico ()  El potencial en el plano de separación entre la capa fija y la difusa se denomina potencial electrocinético o potencial Z ().
  • 12. SEDIMENTACION MECANICA DE FLUIDOS – NIVEL 302 METALURGIA Carácter eléctrico de la interfase + + + + + + + + - - - - - - - - - - - - - - - - - - - + + + + + Distancia a la superficie Potencial   .- potencial superficial o electroquímico .- potencial electrocinético o potencial Z a b c
  • 13. SEDIMENTACION MECANICA DE FLUIDOS – NIVEL 302 METALURGIA Carácter eléctrico de la interfase  El balance de las fuerzas de cohesión y la naturaleza eléctrica de la superficie, determinan la estabilidad de un sistema coloidal Distancia Atracción Repulsión
  • 14. SEDIMENTACION MECANICA DE FLUIDOS – NIVEL 302 METALURGIA Coagulación y floculación  Para el espesamiento de pulpas, se hace necesario disminuir la estabilidad de las dispersiones.  Esto permite favorecer la formación de agregados multipartículas con velocidades de sedimentación superiores a la de una partícula normal.  Se hace necesario reducir la barrera energética, disminuyendo el potencial superficial.  Posibilidades:  Adsorción superficial de iones  Condensación de la doble capa
  • 15. SEDIMENTACION MECANICA DE FLUIDOS – NIVEL 302 METALURGIA Adsorción superficial  Se realiza modificando la concentración de iones determinantes de potencial  Para los óxidos y silicatos, los iones determinantes de potencial son el H+ o el OH- (pH).  Un pH bajo indica una superficie cargada positivamente y uno alto, una carga negativa.  Se denomina punto de carga cero (ZPC) al pH en que el potencial superficial es cero, que es característico de cada mineral.
  • 16. SEDIMENTACION MECANICA DE FLUIDOS – NIVEL 302 METALURGIA
  • 17. SEDIMENTACION MECANICA DE FLUIDOS – NIVEL 302 METALURGIA Condensación de la doble capa  Consiste en la reducción de su tamaño debido a un aumento de la fuerza iónica de la solución  Esto se logra aumentando la concentración de un electrolito indiferente a la superficie  La disminución del perfil del potencial permite reducir la barrera energética con lo que se favorece la formación de agregados de partículas.  Cuando se induce la desestabilización de una dispersión mediante adsorción superficial de iones o por compresión de la doble capa, el fenómeno se denomina coagulación.
  • 18. SEDIMENTACION MECANICA DE FLUIDOS – NIVEL 302 METALURGIA Condensación de la doble capa  Cuando se induce la desestabilización de una dispersión mediante adsborción superficial de iones o por compresión de la doble capa, el fenómeno se denomina coagulación. - Coagulantes: Son en su mayoría inorgánicos. Su acción es la de introducirse entre partículas residuales y unirlas a su carga eléctrica. Los coagulantes tienen una carga eléctrica contraria a las partículas residuales y actúan de puente.
  • 19. SEDIMENTACION MECANICA DE FLUIDOS – NIVEL 302 METALURGIA Coagulación Distancia a la superficie Potencial   ’   ’ ’ Adsorción superficial de iones Condensación de la doble capa Potencial
  • 20. SEDIMENTACION MECANICA DE FLUIDOS – NIVEL 302 METALURGIA Floculación  La floculación es otra forma de producir agregados de partículas  El agregado de partículas se produce como consecuencia de la adición de compuestos orgánicos de cadena larga (polielectrolitos)  Estos compuestos se adsorben sobre la superficie  Mecanismos  Si la cadena es corta, el reactivo produce hidrofobización de las superficies  Si la cadena es larga con múltiples grupos polares, cada molécula se adsorbe sobre varias partículas.
  • 21. SEDIMENTACION MECANICA DE FLUIDOS – NIVEL 302 METALURGIA Mecanismo de aglomeración de partículas Coagulación + iones + + Floculación hidrofóbica Floculación por acción de puente
  • 22. SEDIMENTACION MECANICA DE FLUIDOS – NIVEL 302 METALURGIA Mecanismo de aglomeración de partículas
  • 23. SEDIMENTACION MECANICA DE FLUIDOS – NIVEL 302 METALURGIA Reactivos floculantes  Son polímeros orgánicos naturales como los polisacáridos (almidón y sus derivados)  También pueden ser sintéticos como las poliacrilamidas  La longitud de las moléculas debe ser a lo menos del orden del espesor de la doble capa  Contienen a lo largo de la cadena grupos polares por medio de los cuales se produce la unión del reactivo a la superficie del mineral.
  • 24. SEDIMENTACION MECANICA DE FLUIDOS – NIVEL 302 METALURGIA Reactivos floculantes  La adhesión reactivo mineral puede ser debida a dos mecanismos:  Interacción electroestática  Adsorción química mediante enlace de hidrógeno o covalente.  La selección y dosificación de floculante depende de la naturaleza de la pulpa y de la aplicación específica.  Normalmente, existe una concentración de floculante en la cual la eficiencia del reactivo es máxima  Floculantes inorgánicos: Forman una densa red en el agua en la que se retienen un alto porcentaje de las partículas residuales presentes en el agua.
  • 25. SEDIMENTACION MECANICA DE FLUIDOS – NIVEL 302 METALURGIA Velocidad de sedimentación  La velocidad de separación o velocidad de sedimentación está determinada por las propiedades del sólido, del líquido o de la mezcla.  Propiedades del sólido  Densidad  Forma  Rugosidad superficial  Condición eléctrica de su superficie  Distribución granulométrica
  • 26. SEDIMENTACION MECANICA DE FLUIDOS – NIVEL 302 METALURGIA Velocidad de sedimentación  Propiedades de la fase líquida  Densidad  Viscosidad  Naturaleza molecular  Substancias disueltas  Propiedades de la mezcla  Concentración de sólidos  Viscosidad de la mezcla
  • 27. SEDIMENTACION MECANICA DE FLUIDOS – NIVEL 302 METALURGIA Sedimentación discontínua
  • 28. SEDIMENTACION MECANICA DE FLUIDOS – NIVEL 302 METALURGIA Sedimentación discontínua
  • 29. SEDIMENTACION MECANICA DE FLUIDOS – NIVEL 302 METALURGIA Velocidad de sedimentación  Las zonas de sedimentación y la del líquido claro crecen a expensas de las zona de concentración uniforme hasta que desaparece (punto crítico).  Hasta este punto, las partículas sedimentan libremente, chocando eventualmente debido a la concentración  Después del punto crítico, las partículas descansan una sobre otra produciéndose una compresión final.  Esto ocurre debido al peso de la columna y al peso de la columna hidrostática.
  • 30. SEDIMENTACION MECANICA DE FLUIDOS – NIVEL 302 METALURGIA Velocidad de sedimentación  La única interfase nítida es la existente entre el agua clara y la pulpa.  La variación de esta altura respecto del tiempo se utiliza para caracterizar la sedimentación batch.  La velocidad de desplazamiento se calcula mediante la pendiente de la curva.  La curva presenta tres zonas típicas:  Recta al principio, en que la velocidad de la interfase es constante  Tramo curvo, cuando desaparece la zona de concentración constante  Asintótica, después del punto crítico
  • 31. SEDIMENTACION MECANICA DE FLUIDOS – NIVEL 302 METALURGIA Velocidad de sedimentación  Sea G la densidad de flujo másica  Masa que atraviesa una unidad de área perpendicular a la dirección del flujo, en la unidad de tiempo  El valor inverso corresponde al área unitaria, AU  Representa el área de sección transversal necesaria para que atraviese una unidad de flujo másico 2 w kg Gb v C = A m s          donde: C = concentración de sólidos, masa de sólidos por unidad de volumen de pulpa v = velocidad de sedimentación del sólido a la concentración C w = flujo másico de sólidos A = sección transversal al flujo
  • 32. SEDIMENTACION MECANICA DE FLUIDOS – NIVEL 302 METALURGIA Velocidad de sedimentación Experimentalmente: Concentración, C Velocidad de sedimentación, v Concentración, C Densidad de flujo másico, Gb
  • 33. SEDIMENTACION MECANICA DE FLUIDOS – NIVEL 302 METALURGIA Método de Coe y Clevenger  La suposiciones de Coe y Clevenger fueron:  que la velocidad de sedimentación solo es función de la concentración  El grado de floculación no depende de la concentración  La información se obtiene mediante pruebas experimentales en que se varía la concentración inicial  Se aprovecha el hecho de que la curva es una recta.
  • 34. SEDIMENTACION MECANICA DE FLUIDOS – NIVEL 302 METALURGIA Método de Kynch  Kynch propuso que la sedimentación era un fenómeno de propagación de ondas, basándose en las siguientes suposiciones:  La suspensión es originamente homogénea  La velocidad de sedimentación es función de la concentración local solamente  Las partículas son esféricas y de tamaño uniforme, por lo que el material sedimentado es incompresible
  • 35. SEDIMENTACION MECANICA DE FLUIDOS – NIVEL 302 METALURGIA Método de Kynch  Interpretación del fenómeno:  Antes que comience la sedimentación habrá una concentración uniforme  Las partículas en sedimentación llegarán el fondo de la columna donde se acumularán  La concentración del materia acumulado será mayor que la concentración inicial de la suspensión  Existirá en todo punto una zona de concentración constante que a través del tiempo se desplazará hacia arriba  Esto último constituye una onda de concentración constante
  • 36. SEDIMENTACION MECANICA DE FLUIDOS – NIVEL 302 METALURGIA Método de Kynch dh C - dC v + dv C v v C : concentracion de solidos en la onda de concentracion constante v : velocidad de sedimentacion de las particulas a la concentracion C v : velocidad de ascenso de la onda de concentracion constante Masa que ingresa al volumen de control = (v + dv + v) (C - dC) A por unidad de tiempo Masa que sale al volumen de control = (v + v) (C) A por unidad de tiempo                        
  • 37. SEDIMENTACION MECANICA DE FLUIDOS – NIVEL 302 METALURGIA Método de Kynch Desarrollando el balance de masa                                            tiempo de unidad por control de volumen el en acumula se que Masa tiempo de unidad por control de volumen del sale que Masa tiempo de unidad por control de volumen el en genera se que Masa tiempo de unidad por control de volumen al ingresa que Masa         (v + dv + v) (C - dC) A 0 (v + v) (C) A 0 dv v C - v dC          Nota: se desprecian los términos de segundo orden
  • 38. SEDIMENTACION MECANICA DE FLUIDOS – NIVEL 302 METALURGIA Método de Kynch  Como la velocidad solo es función de la concentración de sólidos, tenemos: v C '(C) - (C) f f    En cualquier instante se cumple que: 0 0 i i i i i i solido inicial = solido en la onda + otro solido C ×h ×A = C ×t ×v ×A + C ×t ×v ×A donde: vi : velocidad de ascenso de la onda de concentración Ci. vi : velocidad de sedimentación de las partículas a la concentración Ci. ti : tiempo en que la onda de concentración Ci alcanza la intefase agua-clara pulpa h0 : altura inicial de la pulpa
  • 39. SEDIMENTACION MECANICA DE FLUIDOS – NIVEL 302 METALURGIA Método de Kynch  Como la velocidad de ascenso de la onda es igual a: i i h v t  0 0 i i i i C ×h C = h + v ×t tiempo Altura interfase m ti hi zi  Por lo tanto  Del gráfico i i i i z - h dh v = - = dt t i i 0 0 C ×z = C ×h  Combinando estas ecuaciones:
  • 40. SEDIMENTACION MECANICA DE FLUIDOS – NIVEL 302 METALURGIA Método de Kynch  Lo que significa que zi es la altura de la pulpa de concentración uniforme Ci que contiene la misma cantidad de sólidos que la pulpa inicial  La velocidad de sedimentación, por lo tanto, se puede obtener en función de la concentración a partir de un sola prueba de sedimentación  Experimentalmente, esto es válido para la zona anterior al punto crítico.  A partir de ahí, la velocidad y la densidad de flujo dependen de la altura de la columna de fluido.
  • 41. SEDIMENTACION MECANICA DE FLUIDOS – NIVEL 302 METALURGIA Sedimentación continua  En una sedimentación continua, en estado estacionario, la densidad de flujo de sólidos debe ser constante a través de toda la unidad  Asi no existe acumulación de sólidos en ningún nivel  Esta densidad tiene dos componentes  Una debida a la sedimentación, Gb.  Otra debida al flujo global de pulpa hacia el underflow, Gu. b u G = G + G = v C + v* C   donde v* es la componente de la velocidad del sólido debida al flujo del underflow
  • 42. SEDIMENTACION MECANICA DE FLUIDOS – NIVEL 302 METALURGIA Sedimentación continua Concentración de sólidos, C Densidad de flujo másico, G Flujo batch vi Ci Flujo del underflow V* Ci CL Cu
  • 43. SEDIMENTACION MECANICA DE FLUIDOS – NIVEL 302 METALURGIA Sedimentación continua  Las curvas de densidad de flujo másico presentan un mínimo que indica que existe una concentración CL para la cual que flujo que atravieza es mínimo.  Como la concentración de flujo de la alimentación Ca es normalmente menor que CL y la de descarga Cu, es siempre mayor  Entonces, el máximo flujo de sólidos que debe pasar por unidad de área hacia el undeflow está dado por este valor mínimo.  Este es el punto de operación estable de la unidad.
  • 44. SEDIMENTACION MECANICA DE FLUIDOS – NIVEL 302 METALURGIA Sedimentación continua  Estas condiciones son límites, ya que limitan la capacidad de operación continua  Un G mayor que GL provoca que el nivel de sólidos aumente hasta eventualmente rebalsar  Debido al desplazamiento hacia la superficie de la capa de concentración CL por la acumulación de sólidos  Una densidad de flujo menor que GL por el contrario provoca una disminución del nivel de sólidos hasta vaciarse  Todo esto desde luego sin variar el flujo del underflow.
  • 45. SEDIMENTACION MECANICA DE FLUIDOS – NIVEL 302 METALURGIA Dimensionamiento de espesadores continuos  El dimensionamiento implica calcular el diámetro y la altura del espesador  Si bien es ideal contar con unidades pilotos, en la práctica se necesitarían grandes volúmenes de pulpa.  Normalmente, se trabaja con pruebas batch en probetas  Todos los métodos se basan en determinar las condiciones límites, variando solo la forma de manejar la información experimental.
  • 46. SEDIMENTACION MECANICA DE FLUIDOS – NIVEL 302 METALURGIA Area de un espesador continuo Método de Coe y Clevenger  Plantean la existencia de la condición límite para el flujo de sólidos en una operación continua  Suponen que la velocidad de sedimentación es solo función de la concentración  Las pruebas de sedimentación se realizan a varias concentraciones iniciales.  Con esta información se calcula la densidad de flujo de sólidos para cada caso con el objetivo de determinar la condición límite.
  • 47. SEDIMENTACION MECANICA DE FLUIDOS – NIVEL 302 METALURGIA Area de un espesador continuo Método de Coe y Clevenger
  • 48. SEDIMENTACION MECANICA DE FLUIDOS – NIVEL 302 METALURGIA Area de un espesador continuo Método de Coe y Clevenger  Para un nivel i cualquiera i i i i G = v ×C + v*×C como: u Q v* = s donde: Qu: flujo volumétrico de pulpa en el underflow S : la sección del espesador combinando las ecuaciones y despejando vi: u i i i Q G v = - C s
  • 49. SEDIMENTACION MECANICA DE FLUIDOS – NIVEL 302 METALURGIA Area de un espesador continuo Método de Coe y Clevenger  En el estado estacionario, la densidad de flujo de sólidos en cualquier nivel del espesador debe ser igual al de descarga u u i u Q ×C G = G = s luego: despejando la densidad de flujo se obtiene: i i i u 1 1 v = G - C C       i i i u v G = 1 1 - C C
  • 50. SEDIMENTACION MECANICA DE FLUIDOS – NIVEL 302 METALURGIA Area de un espesador continuo Método de Coe y Clevenger  Cuando se utiliza la dilución (razón agua-sólido en peso) la ecuación anterior se transforma en: donde: D : dilución  : densidad del fluido i i i u ρ×v G = D - D  También se acostumbra a utilizar la variable area unitaria AU, que indica el área necesaria para que atraviesa la unidad de masa de sólidos en la unidad de tiempo i 1 AU = G
  • 51. SEDIMENTACION MECANICA DE FLUIDOS – NIVEL 302 METALURGIA Area de un espesador continuo Método de Coe y Clevenger Ejemplo 1: Se desea determinar el área unitaria de un espesador capaz de recibir una alimentación con dilución 6:1 para producir una descarga de 1.12:1 Se realizaron 5 experiencias a diferentes diluciones y los resultados fueron: Experiencia Dilución vi [cm/s] AU [m2 s/kg] AU [m2/TPH] 1 6.00 0.0184 265 7.37 2 4.94 0.0101 378 10.51 3 4.00 0.0076 379 10.53 4 3.51 0.0064 373 10.37 5 3.00 0.0051 369 10.24 i u i i D - D 1 AU = = G ρ×v
  • 52. SEDIMENTACION MECANICA DE FLUIDOS – NIVEL 302 METALURGIA  Revisar en Internet lo siguiente
  • 53. SEDIMENTACION MECANICA DE FLUIDOS – NIVEL 302 METALURGIA Area de un espesador continuo Método de Talmage Fitch  Propusieron una modificación al método de Coe y Clavenger  Consiste en determinar la relación velocidad de sedimentación versus concentración a partir de una sola prueba.  Las velocidades, las tangentes y las densidades de flujo másico se determinan de acuerdo a: i i i i z - h v = t 0 0 i i C ×h C = z i i i u v G = 1 1 - C C
  • 54. SEDIMENTACION MECANICA DE FLUIDOS – NIVEL 302 METALURGIA La altura de un espesador continuo está determinada por la altura de la zona de compresión más alturas que se adicionan principalmente por concepto de sumersión de la alimentación. Experimentalmente se ha determinado que para una pulpa en particular, la concentración de sólidos en la descarga del espesador es función de la altura de la zona de compresión y del tiempo que los sólidos permanecen en ella Altura de un espesador continuo Método de Talmage Fitch
  • 55. SEDIMENTACION MECANICA DE FLUIDOS – NIVEL 302 METALURGIA El tiempo de residencia del sólido (tr) en la zona de compresión de un espesador continuo está definido por el tiempo necesario para que la pulpa atraviese la zona de compresión, es decir es el tiempo necesario para que una pulpa en su condición crítica alcance la concentración de descarga. Roberts propone estimar tr como la diferencia entre un tiempo  y el tiempo necesario para que la pulpa alcance la concentración de descarga deseada. Altura de un espesador continuo Método de Talmage Fitch
  • 56. SEDIMENTACION MECANICA DE FLUIDOS – NIVEL 302 METALURGIA el tiempo  corresponde a una altura “Z” en el gráfico de Roberts 2 z z z ' o o   Altura de un espesador continuo Método de Talmage Fitch
  • 57. SEDIMENTACION MECANICA DE FLUIDOS – NIVEL 302 METALURGIA La altura final del espesador se estima como la suma de la altura de la zona de compresión más alturas que se adicionan por pos siguientes conceptos: - Sumersión de la alimentación : 0,6 mt - Capacidad de almacenamiento: 0,6 mt - Inclinación del fondo : 0,6 mt Altura de un espesador continuo Método de Talmage Fitch
  • 58. SEDIMENTACION MECANICA DE FLUIDOS – NIVEL 302 METALURGIA tiempo (hr) altura (cm) 0 36 0.1 34.6 0.25 32.3 0.5 28.6 0.75 24.8 1 21.2 1.25 18.2 1.5 16.2 1.75 14.7 2 13.75 2.25 13.3 2.5 12.8 3 12.3 4 11.8 5 11.5 6 11.2 8 10.65 12 9.8 20 8.8 oo 7.7 Ejemplo: Estimar El área unitaria necesaria para llevar una concentración inicial de 236 g/L a una concentración final de 550 g/L y la altura de la zona de compresión si se requiere una capacidad de 50 Ton/hr Una prueba de sedimentación batch con dicha pulpa dio los siguientes resultados.
  • 59. SEDIMENTACION MECANICA DE FLUIDOS – NIVEL 302 METALURGIA  Con los datos de la tabla se debe graficar en un grafico con escala normal la curva de sedimentación. tiempo (hr) altura (cm) 0 36 0,1 34,6 0,25 32,3 0,5 28,6 0,75 24,8 1 21,2 1,25 18,2 1,5 16,2 1,75 14,7 2 13,75 2,25 13,3 2,5 12,8 3 12,3 4 11,8 5 11,5 6 11,2 8 10,65 12 9,8 20 8,8  7,7 curva de sedimentación 0 5 10 15 20 25 30 35 40 0 5 10 15 20 25 tiempo (horas) altura (cm)
  • 60. SEDIMENTACION MECANICA DE FLUIDOS – NIVEL 302 METALURGIA curva de sedimentación 0 5 10 15 20 25 30 35 40 0 5 10 15 20 25 tiempo (horas) altura (cm)
  • 61. SEDIMENTACION MECANICA DE FLUIDOS – NIVEL 302 METALURGIA tiempo (hr) altura (cm) zi (cm) 0 36 36 0,1 34,6 36,1 0,25 32,3 36,1 0,5 28,6 36 0,75 24,8 35,6 1 21,2 33,9 1,25 18,2 30,3 1,5 16,2 27,2 1,75 14,7 22,6 2 13,75 19,8 2,25 13,3 18,2 2,5 12,8 15,95 3 12,3 14,1 4 11,8 13,1 5 11,5 12,8 6 11,2 12,85 8 10,65 12,35 12 9,8 11,3 20 8,8  7,7
  • 62. SEDIMENTACION MECANICA DE FLUIDOS – NIVEL 302 METALURGIA tiempo (hr) altura (cm) zi (cm) vi (cm/hr) ci (g/cm3) Gi (g/cm2 hr 0 36 36 0 0,24 0 0,1 34,6 36,1 15 0,24 6,17061361 0,25 32,3 36,1 15,2 0,24 6,25288846 0,5 28,6 36 14,8 0,236 6,11796178 0,75 24,8 35,6 14,40 0,239 6,07076146 1 21,2 33,9 12,7 0,251 5,85 1,25 18,2 30,3 9,68 0,280 5,54 1,5 16,2 27,2 7,33 0,312 5,30 1,75 14,7 22,6 4,51 0,376 5,36 2 13,75 19,8 3,03 0,429 5,90 2,25 13,3 18,2 2,18 0,467 6,72 2,5 12,8 15,95 1,26 0,533 21,29 3 12,3 14,1 0,6 0,603 -3,78 4 11,8 13,1 0,33 0,649 -1,18 5 11,5 12,8 0,26 0,664 -0,83 6 11,2 12,85 0,28 0,66 -0,89955898 8 10,65 12,35 0,21 0,69 -0,58289991 12 9,8 11,3 0,13 0,75 -0,2560719 20 8,8 -0,44  7,7 Gi min
  • 63. SEDIMENTACION MECANICA DE FLUIDOS – NIVEL 302 METALURGIA másico Flujo w espesador Diámetro w AU espesador Area G AU AU G i i * 1 1 min min      
  • 64. SEDIMENTACION MECANICA DE FLUIDOS – NIVEL 302 METALURGIA tiempo (hr) altura (cm) h-hoo 0 36 1,45178644 0,1 34,6 1,42975228 0,25 32,3 1,39093511 0,5 28,6 1,32014629 0,75 24,8 1,23299611 1 21,2 1,13033377 1,25 18,2 1,0211893 1,5 16,2 0,92941893 1,75 14,7 0,84509804 2 13,75 0,78175537 2,25 13,3 0,74818803 2,5 12,8 0,70757018 3 12,3 0,66275783 4 11,8 0,61278386 5 11,5 0,5797836 6 11,2 0,54406804 8 10,65 0,46982202 12 9,8 0,32221929 20 8,8 0,04139269  7,7
  • 65. SEDIMENTACION MECANICA DE FLUIDOS – NIVEL 302 METALURGIA a) Determinación del tiempo  (gráf ico Roberts ) b) Determinación del tiempo en el que se alcanza la concentración final “tu“ (gráfico conc. v/s tiempo) c) Determinación del tiempo de residencia “tr” d) Determinación de la concentración alcanzada al tiempo  (gráfico conc. v/s tiempo) e) Determinación de la concentración media θ u r t t t   2 C C C u θ  
  • 66. SEDIMENTACION MECANICA DE FLUIDOS – NIVEL 302 METALURGIA Cálculo del volumen de la zona de compresión Donde w es el flujo másico a procesar C t w V r c 
  • 67. SEDIMENTACION MECANICA DE FLUIDOS – NIVEL 302 METALURGIA grafico de Roberts 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 0 5 10 15 20 25 tiempo (hr) h-hoo (cm ) zo Z’o 2 z z z ' o o   Z=17 17 7 , 3 , 8    2 5 2 z = 0,7 horas Determinación del tiempo 
  • 68. SEDIMENTACION MECANICA DE FLUIDOS – NIVEL 302 METALURGIA 0.00 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60 0.70 0 1 2 3 4 5 6 tiempo (hr) concentración (gr/ cm 3)  C tu Cu Determinación del tiempo tu y C 