U U NIVERSIDAD NIVERSIDAD N N ACIONAL ACIONAL M M AYOR AYOR DE DE S S AN AN M M ARCOS ARCOS (UNIVERSIDAD DEL PERÚ, DECANA DE AMÉRICA) FACULTAD DE QUÍMICA E INGENIERÍA QUÍMICA E.A.P. DE INGENIERÍA QUÍMICA E.A.P. DE INGENIERÍA QUÍMICA TEMA: “ SEDIMENTACIÓN” TEMA: “ SEDIMENTACIÓN” CURSO : LABORATORIO DE INGENIERÍA QUÍMICA II PROFESOR : Dr. RICARDO LAMA RAMIREZ GRUPO : 3 INTEGRANTES : FLORES CAYO, Edita Victoria 997408 MIREZ SIFUENTES, Jose David 991709 ROSAS DIAZ, Karla Stella 991728 VIVANCO PANIAGUA, Daniel 997422
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UUNIVERSIDADNIVERSIDAD N NACIONALACIONAL M MAYORAYOR DEDE SSANAN M MARCOSARCOS
(UNIVERSIDAD DEL PERÚ, DECANA DE AMÉRICA)
FACULTAD DE QUÍMICA E INGENIERÍA QUÍMICA
E.A.P. DE INGENIERÍA QUÍMICAE.A.P. DE INGENIERÍA QUÍMICA
TEMA: “ SEDIMENTACIÓN”TEMA: “ SEDIMENTACIÓN”
CURSO : LABORATORIO DE INGENIERÍA QUÍMICA II
PROFESOR : Dr. RICARDO LAMA RAMIREZ
GRUPO : 3
INTEGRANTES : FLORES CAYO, Edita Victoria 997408MIREZ SIFUENTES, Jose David 991709ROSAS DIAZ, Karla Stella 991728VIVANCO PANIAGUA, Daniel 997422
Apéndice – Ejemplo de cálculo.........................................................................24
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RESUMEN
En la práctica de “Sedimentación en tubos verticales e inclinados” se
determina las velocidades de sedimentación experimental, tanto para
sedimentadores verticales como para sedimentadores inclinados de sección
circular; empleando las relaciones matemáticas de Nakamura-Kuroda, Graham-
Lama y Bosh para sedimentadores inclinados.
La práctica se lleva acabo utilizando una suspensión acuosa de Sulfato de
Bario. Se realiza a concentraciones de 120, 240 y 480 g/L dando velocidades
de sedimentación de 8.45, 4.89 y 1.09 cm/min respectivamente para
sedimentación vertical y de 480g/l para sedimentación inclinada a los ángulos
de 30º, 45, y 60º,dando las siguientes velocidades:
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INTRODUCCIÓN
El objetivo de la práctica es calcular la velocidad de sedimentación a partir
de los datos experimentales de suspensiones acuosas de Sulfato de Bario en
sedimentadores verticales e inclinados. Evaluar la ecuación de velocidad en
sedimentación vertical mediante las relaciones de kynch; así como estimar la
velocidad de sedimentación vertical mediante las ecuaciones de Nakamura-
Kuroda, Graham-Lama y Bosh, comparando con los resultados experimentales.
Se denomina sedimentación a la operación que consiste en separar de
una suspensión un fluido claro que sobrenada y un lodo bastante denso que
contenga una elevada concentración de materias sólidas; en la industria la
sedimentación de las suspensiones acuosas es un proceso continuo que se
realiza en los llamados espesadores , grandes depósitos a los cuales llega, por
el centro o por un lado, la suspensión o lodo diluido y que permiten el rebose
del liquido que sobrenada separándolo del lodo espeso que sale por el fondo
del aparato .
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FUNDAMENTO TEORICO
Se denomina sedimentación a la operación que consiste en separar de una
suspensión un fluido claro que sobrenade y un lodo bastante denso que contenga una
elevada concentración de materias sólidas.
Desplazamiento de sólidos en el seno de un fluido:
La dirección del movimiento de las partículas de un sólido en el seno de un
fluido se efectuará de arriba abajo, o viceversa, según sea la densidad relativa del
sólido con respecto al fluido. Aquellas partículas cuya densidad sea inferior a la del
fluido, se elevarán y flotaran, mientras que las más densas se sumergirán y
descenderán en el seno del mismo.
Sedimentación en Sedimentadores verticales:
Teoría de Kynch.
Este método está basado en le análisis matemático de la sedimentación
intermitente; encontrando que la velocidad de sedimentación y la concentración en la
zona que limita la capacidad puede determinarse con una simple prueba de
sedimentación intermitente; como se muestra en la fig. 1.
La prueba de sedimentación comienza con una concentración inicial uniforme
de sólidos. En la zona “C” la concentración del sólido debe estar comprendida entre la
composición inicial del lodo en la zona “B” y la del lodo final en la zona “D”. Si la
capacidad de manejo de sólidos por unidad de área es más baja cerca de alguna
fig.1
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concentración intermedia, una zona de esta concentración deberá comenzar a crecer, , puesto que la velocidad a la que los sólidos entran en esta zona es menor a la velocidad de salida de la misma.
Velocidad Crítica de Sedimentación.
fig.2
Se obtiene de una prueba intermitente con una probeta. Al principio de la
prueba, los sólidos se encuentran dispersos de manera uniforme a través del cilindro
con una 6edimentación c0 . La masa total de sólidos en la probeta es c0Az0 , donde A
es el Área de sección transversal de la probeta y z0 es la altura inicial de la interfase
que, en el caso, es la profundidad del líquido. Sea c el tiempo necesario para lograr la
6edimentación crítica c2 . Físicamente , esta 6edimentación se alcanza en el momento
en que la 6edimenta de 6edimentación disminuye con 6edimen. Se grafican los datos
altura de interfase z vs. Tiempo . Esto da una curva que se utiliza para determinar 2
y c2 de la siguiente manera. La primera parte de la curva representa a la
“6edimentación libre” a una 6edimenta casi constante. Se traza una tangente a esta
parte de la curva. Al final de la prueba, cuando las 6edimentación6s son altas y las
6edimentaci son bajas, la curva también muestra una 6edimenta casi constante, se
prolongan dos tangentes hasta que se interceptan. En la intersección se traza el
ángulo de bisección. La intersección de la línea de este ángulo de bisección con la
curva de 6edimentación produce la estimación del tiempo c para que los sólidos
entren a la zona de compresión y la 6edimentación en c es cc.
Durante la prueba, la masa de sólidos en la probeta es constante. Un balance de
materiales para los sólidos da lugar a
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donde u denota a los valores del flujo inferior.
Así se obtiene la 7edimenta de 7edimentación en c con la pendiente de la curva en c
7 edimentación en Sedimentadores inclinados.
fig.3
MÉTODO DE NAKAMURA Y KURODA.
Suponen que el incremento aparente de la velocidad de sedimentación se debe
al descenso de las partículas sólidas a lo largo de la cara fig.3; produciendo una
gradiente de densidad a través de la distancia que separa las caras convección que
transporta más rápidamente a las partículas al fondo del sedimentador.
La porción del líquido clarificada se suma a la que se produce por razón de la
sedimentación de las partículas sólidas debajo de la interfase horizontal entre el
líquido y el aire. Nakamura y Kuroda proponen una ecuación que permite calcular la
altura de la interfase en sedimentadores inclinados de sección transversal
rectangulares tal como sigue:
.............(13)
Donde: Ho : la altura de la interfase al tiempo t.
B : la distancia perpendicular entre las caras inclinadas.
= Es el ángulo que forma el sedimentador con la vertical.
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Diferenciando la ecuación (13) y con t = 0 se obtiene una expresión para la
velocidad aparente de descenso de la interfase en un sedimentador de sección
transversal rectangular, obteniendo finalmente:
............... (14)
Esta última ecuación puede escribirse en función del ángulo con la horizontal de la
siguiente manera:
..................... (15)
MÉTODO DE GRAHAM – LAMA.
Posteriormente proponen una relación semi-empírica basada en la
ecuación de Nakamura – Kuroda, ya que observaron que la velocidades de
sedimentación aparentes obtenidas a partir de los datos experimentales eran
menores que los calculados mediante las ecuaciones de estos últimos. Graham
y Lama suponen que existe una diferencia de concentración de sólidos entre
las caras superior e inferior del sedimentador, esta variación afectaría la
velocidad de descenso de los sólidos, proponiendo la siguiente ecuación:
.................(16)
Donde el factor Fo es un factor dependiente de la concentración de
sólidos en la suspensión e independiente con el ángulo de inclinación entre un
rango de 30° y 70°. Este factor será evaluado de la pendiente de la porción
recta del gráfico Ln(B + Ho * cos) / (B + H * cos) vs. el tiempo de
sedimentación. Según Graham y Lama la diferencia entre los valores de las
velocidades aparentes, obtenidos de datos experimentales y calculados por la
ecuación de Nakamura – Kuroda, se debe a las perturbaciones que se originan
cuando el líquido clarificado se desplaza a lo largo de la cara inclinada del
sedimentador.
DETALLES EXPERIMENTALES
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5.1 MATERIALES:
- Tres probetas graduadas de 1 litro.
- Un soporte para los sediemntadores inclinados
- Un sedimentador de sección circular.
- cronómetros.
- Un calibrador vernier.
- Una bagueta y espátula.
- Plastilina
- Sulfato de Bario
- Una balanza.
- Vasos de precipitado.
- Un tanque de aire comprimido.
5.2 PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL:
5.2.1 Sedimentación Vertical:
Preparar 3 suspensiones de Sulfato de BArio de 120, 240 y 480 g/L en las
probetas, sellar estas con tapón y plastilina, agitar hasta que no haya sólido en la base
del probeta, dejar reposar tomando como primer dato la altura inicial que se aprecia
para un tiempo cero. Seguidamente se registran las alturas cada cierto intervalo de
tiempo.
5.2.2 Sedimentación Inclinada:
Se fija un volumen de suspensión de Sulfato de Bario Se prepara una solución
de 480 gr/Lt de Sulfato de Bario y se añade a la columna de sección circular inclinada,
la suspensión se agita mediante aire comprimido , por la parte inferior del tubo, se fija
el ángulo de inclinación al cual se desea el experimento los cuales son: 30 , 45 y 60, y
se procede de manera análoga a tomar medidas como en la sedimentación vertical.
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6. TABULACIÓN DE DATOS Y RESULTADOS
Tabla #1Condiciones de Laboratorio
Temperatura (oC) 20Presión Atmosférica (mmHg) 756
Tabla #2Información del Sistema de Sedimentación
SEDIMENTACIÓN VERTICAL SEDIMDENTACIÓN INCLINADA
Prueba Concentración(gr/L)
B (cm) 4.5
Concentración(gr/L)
Ängulo de inclinación
1 120 480 30°2 240 480 45°3 480 480 60°
Tabla #3Información del Sistema de Sedimentación Vertical
SULFATO DE BARIO A 120gr/LT (min) H (cm) T (min) H (cm) T (min) H (cm)