1. Investiga la velocidad de sedimentación de las partículas.
La
velocidad de cada capa se ha comprobado que es característica del tamaño, forma
y naturaleza de las partículas que la componen. Suponiendo que se tiene una
partícula exactamente esférica, de densidad ρs, y cuya viscosidad es
μ. Sea el diámetro D de la citada partícula.
Si ρs> ρ, la
partícula descenderá en el seno del líquido sometida a la fuerza de la
atracción terrestre. En el vacío dicha partícula bajaría con movimiento
uniformemente acelerado; pero en el seno del líquido, al movimiento de descenso
se oponen dos fuerzas: una es la de flotación de la partícula, y la otra la de
rozamiento; la primera es constante, pero no la segunda.
2. ¿Qué es el proceso de sedimentación y centrifugación?
Sedimentación: Si en un recipiente con agua se dejan caer por su propio peso un conjunto de
partículas de distinto peso específico, pero todas de idéntico tamaño y forma,
las más densas llegan al fondo antes que las menos densas. La sedimentación
sencilla es lenta, es un método de separación de sólidos y líquidos.
Centrifugación:
en muchas ocasiones se utiliza la sedimentación combinada con la aplicación de
fuerzas centrífugas cuya acción equivale a aumentar considerablemente el peso
de las partículas y, por tanto, a obtener velocidades de sedimentación muy
elevadas. Se utiliza industrialmente para la separación de polvos suspendidos
en gases.
3. Enlista los tipos de centrífugas y su funcionamiento.
- Ciclones.
En ellos el aire o el gas cargado de polvos entra tangencialmente y a elevada
velocidad en un cuerpo cilíndrico. La fuerza centrífuga creada por el
movimiento rotacional despide el polvo hacia las paredes donde, por choque,
pierde la velocidad y cae, recogiéndose por la parte inferior. El aire
despolvado sale por la parte superior.
-
Separadores
de aire (separadores centrífugos).
Trabajan en forma parecida a los anteriores. Se diferencian en que en
este caso el movimiento rotacional del producto se obtiene mediante el rápido
giro de un disco, al que acompaña también el de un rodete de paletas cuta
misión es crear unas corrientes de aire que permiten la clasificación del
polvo. Estos separadores de polvo se utilizan corrientemente en circuito con
los molinos de finos, haciendo circular por el molino una corriente de aire que
a la vez actúa como refrigerante extrae el polvo cuya presencia disminuye los
rendimientos de la molturación. El aire cargado se pasa por el separador, el
cual da fracción gruesa, que se vuelve al molino, y una fracción fina que se
aprovecha directamente.
- Centrífugas
de sedimentación en medio líquido. Son análogas a las anteriores sin otra
diferencia que la sustitución del fondo filtrante.
4. Investiga el significado de área equivalente. Describe el área equivalente para una centrifuga
tubular y una de discos. Detalla para qué es útil esta variable.
El área equivalente (Σ) de una
separadora centrífuga se define como la superficie que debería tener un tanque
de sedimentación natural para entregar un flujo clarificado (m3 /h)
igual al de la centrífuga en cuestión de cualquier suspensión.
Charles M. Ambler desarrolló para los
diferentes tipos de tambores las ecuaciones correspondientes para el cálculo
del área equivalente.
a) Centrífuga tubular
Σ = (L ω2/g ) (r22
– r12) / ln (2r22 / (r22–
r12)
b) Centrifuga de discos y de cámaras
Σ = 2 πω2 N (r23
– r13) / (3g C tan θ)
En donde:
r1= Radio interno superior
del tambor
r2 = Radio interno de la
base del tambor
N = número de discos, para la
centrífuga de cámaras N = 1
ω = velocidad angular radianes /s
L = Altura del tambor
θ = 450 Angulo formado entre los
discos
C = 1.8 Constante del equipo
El Área equivalente de la centrífuga,
∑, es una constante que contiene sólo parámetros relacionados a la geometría de
la centrifuga y a su velocidad angular (es independiente de las propiedades del
caldo). Es de mucha utilidad para efectuar comparaciones entre distintas
centrífugas y para escalamiento de equipos.
5. Detalla el significado de residencia y tiempo de sedimentación.
La velocidad de sedimentación
conjuntamente con la distancia de sedimentación, determinan el tiempo de
sedimentación. El gasto (Q) determina el
tiempo de residencia de las partículas en un equipo dado
Para producir un líquido libre de
sólidos, el tiempo de sedimentación en el equipo debe ser igual o menor al
tiempo de residencia de las partículas impuesto por el flujo de gasto
volumétrico
Tiempo de residencia: Es el tiempo
requerido para que un determinado material complete su ciclo de ingreso,
permanencia y egreso en un medio permeable.
R1 = Distancia radial del eje de giro
a la superficie del líquido
R0 = Distancia del eje de giro a la
pared del tazón
Tiempo de sedimentación: El tiempo de
sedimentación ts de una partícula localizada en la superficie de la capa anular
del fluido en R1 (que es la más alejada de la pared, o más difícil de
sedimentar), puede ser obtenida de la Ley de Stokes considerando el movimiento
de la partícula en el sentido radial.
6. ¿Cuáles son los equipos auxiliares de la centrifuga?
- Válvulas: son los elementos auxiliares
de las bombas que controlan el acceso y/o salida de los fluidos.
- Arrancador eléctrico: es el elemento
que permite el paso de la energía eléctrica al motor.
- Motor: es el equipo, bien sea
eléctrico o de combustión interna, que a través de la flecha le transmite el
movimiento giratorio a la bomba, para que pueda realizar su función.
- Tablero de control: es un tablero con
interruptores, que en su interior contiene los elementos eléctricos necesarios
para realizar funciones específicas programadas para la operación (puede ser
sustituido por un interruptor de cuchillas).
7. Aclara en que consiste el Fractor Centrífugo.
La fuerza centrífuga surge cuando analizamos el
movimiento de un objeto desde un sistema de referencia no inercial, o
acelerado, que describe un movimiento circular uniforme. La fuerza centrífuga
será el producto de la masa por la aceleración centrífuga, en un sistema de
referencia no inercial. El número de veces que la fuerza centrífuga supera a la
fuerza de gravedad se denomina FACTOR CENTRIFUGO, el cual nos permite evaluar
la eficiencia de una centrífuga operada bajo estas condiciones al compararla
con el proceso regulado a gravedad. El FACTOR CENTRIFUGO se expresa como:
Dónde:
C = Factor centrífugo.
Fc. = Fuerza centrífuga (Kg.).
P = Peso del objeto o partícula (Kg.).
m = masa del cuerpo (Kg.).
g = aceleración de la gravedad ( =
9.81 m/ seg2)
w = velocidad angular (radianes/
seg.).
R = Radio de giro (m)
8. ¿En qué casos se utliza favorablemente la centrifugación?
La centrifugación preparativa se utiliza para
separar partículas según la velocidad de sedimentación (centrifugación
diferencial), la masa (centrifugación zonal) o la densidad (centrifugación
isopícnica). En el primer caso se obtiene un líquido sobrenadante y un material
sedimentado. En los otros dos casos las partículas se distribuyen en fracciones
de diferentes densidades de un fluido líquido (centrifugación mediante un
gradiente de densidades). Por lo tanto la centrifugación es favorable cuando se
trata de separar mezclas heterogéneas cuyos componentes poseen distinta
densidad, tamaño de partículas y velocidades de sedimentación.
9. Investiga el método para obtener experimental y teóricamente la velocidad de sedimentación.
Velocidad de sedimentación de la partícula
para un campo gravitacional:
Si las partículas están cayendo
verticalmente en un fluido viscoso debido a su propio peso puede calcularse su
velocidad de caída o sedimentación igualando la fuerza de fricción con la
fuerza de gravedad.
Dónde:
Vs es la velocidad de caída
de las partículas (velocidad límite)
g es la aceleración de la gravedad,
p
es la densidad de las partículas y
f
es la densidad del fluido.
Esta ecuación es conocida como la ley
de Stokes para la sedimentación natural.
Velocidad de sedimentación en la
práctica:
Fuente:
Vian A., Ocon J., Elementos de ingeniería química,
Editorial Aguilar, 3a edición, Madrid, 1961
http://depa.fquim.unam.mx/procesos/PDF/ProcesosI.pdf
http://bioprocesos.unq.edu.ar/Separciones%20Seminario.pdf
http://www.manfredinieschianchi.com/301-01-3ES-molinos-pendular.htm
http://html.rincondelvago.com/ciclones.html
http://www.lenntech.es/centrifugacion.htm
