INSTITUTO TECNOLÓGICO SUPERIOR DE TACAMBARO

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1 INSTITUTO TECNOLÓGICO SUPERIOR DE TACAMBARO
INGENIERIA EN INDUSTRIAS ALIMENTARIAS MATERIA: FLUJO DE FLUIDOS EQUIPO: 3 TEMAS: unidad 4 “SEDIMENTACIÓN Y CENTRIFUGACIÓN”. PROFESOR: Ing. Uriel Olivares Molina EQUIPO: JOSE ENRIQUE GOMEZ TORRES OLGA LIDIA VELASQUEZ CERVANTES SALVADOR CARLOS MARTINEZ RIVAS DICIEMBRE 2012

2 DEFINICION, CARACTERISTICAS Y FUNDAMENTOS DE UN SISTEMA DE: SEDIMENTACION.
La sedimentación es una operación unitaria consistente en la separación por la acción de la gravedad de las fases sólida y líquida de una suspensión diluida para obtener una suspensión concentrada y un líquido claro.

3 Las partículas en disolución pueden sufrir alteración espacial, es decir, pueden cambiar de posición con el tiempo. Esto puede ser debido a procesos de difusión (en un gradiente de concentración, las partículas tienden a ir de la zona de mayor concentración a la de menor concentración) o bien a procesos de sedimentación. En un proceso de sedimentación la velocidad a la cual sedimentan las partículas en una suspensión, no sólo depende de su naturaleza, depende también de la naturaleza del medio en el cual están suspendidas así como, de la fuerza aplicada a las partículas. Intuitivamente, uno especularía que las partículas más grandes sedimentarán más rápido que las más pequeñas. Un factor que afecta la sedimentación de las partículas es la viscosidad del medio.

4 En 1856 Sir Gabriel Stokes propuso que la fuerza friccional, F, que actúa en una partícula esférica de radio rp es relacionada a la viscosidad, η, por la siguiente ecuación: F= 6 η rp dr/dt Donde dr/dt es la velocidad de la partícula. La fuerza que experimenta una partícula no está sólo determinada por la fuerza gravitacional, g, sino también, por los efectos de flotación que reflejan las diferencias en la densidad del medio δm y de la partícula δp, por lo que tenemos: (δm - δp) V g = 6 π η rp dr/dt V= volumen de la partícula Como se asume que la partícula es esférica, el volumen puede ser expresado en términos del radio: (δm - δp) ( 4/3 π rp) g = 6 π η rp dr/dt

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6 Figura 14,3-4 Resultado de la precipitación por lotes.

7 Donde Co es la concentración original de la lechada en Kg/m3 en la altura Zo y t = 0. esto se repite para otros tiempos y se hace una grafica de la velocidad de precipitación en función de la concentración.

8 El sedimento : Generalmente no tiene una estructura uniforme.
DEFINICION, CARACTERISTICAS Y FUNDAMENTOS DE UN SISTEMA DE: CENTRIFUGACION La centrifugación es un proceso de separación que utiliza la acción de la fuerza centrífuga para promover la aceleración de partículas en una mezcla de sólido-líquido. Dos fases claramente distintas se forman en el recipiente durante la centrifugación: El sedimento : Generalmente no tiene una estructura uniforme. El centrifugado o el concentrado: que es el líquido flotante.

9 La aplicación mas común es la separación de sustancias sólidas a partir de suspensiones altamente concentrados. Si se usa de esta manera para el tratamiento de las aguas residuales se consigue la deshidratación y creación de sedimento mas o menos consistente dependiendo de la naturaleza del lodo tratado, y la aceleración en concentrar o aumentar el grosor de lodo poco concentrado. Los separadores centrífugos se basan en el principio común de que la rotación de un objeto en torno a un eje o punto central, una distancia radial constante desde dicho punto, produce una fuerza que actúa sobre dicho objeto. El objeto que jira entorno al eje cambia de dirección constantemente, con lo cual se produce una aceleración aun cuando la velocidad rotacional es constante esta fuerza centrípeta esta dirigida hacia el centro de rotación.

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13 EQUIPOS, ELEMENTOS Y TIPOS DE:
SEDIMENTACION. Figura a precipitación para le dispersión liquido-liquido.

14 Figura 14.3-5b cámara de precipitación de polvos

15 Figura 14,3-6 clasificador simple.

16 ESPESADOR DE SEDIMENTACIÓN
La suspensión de la figura se alimenta por el centro del tanque, a varios pies debajo de la superficie del liquido la salida del derrame del liquido transparente rodea toda la parte superior del tanque. El raspador sirve para arrastrar la suspensión hacia el centro del fondo para su extracción.

17 SE PUEDEN DISTINGUIR DOS TIPOS DE SEDIMENTACIÓN, ATENDIENDO AL MOVIMIENTO DE LAS PARTÍCULAS QUE SEDIMENTAN: - Sedimentación libre: se produce en suspensiones de baja concentración de sólidos. La interacción entre partículas puede considerarse despreciable, por lo que sedimentan a su velocidad de caída libre en el fluido. - Sedimentación por zonas: se observa en la sedimentación de suspensiones concentradas. Las interacciones entre las partículas son importantes, alcanzándose velocidades de sedimentación menores que en la sedimentación libre. La sedimentación se encuentra retardada o impedida. Dentro del sedimentador se desarrollan varias zonas, caracterizadas por diferente concentración de sólidos y, por lo tanto, diferente velocidad de sedimentación.

18 DEPENDIENDO DE CÓMO SE REALICE LA OPERACIÓN, LA SEDIMENTACIÓN PUEDE CLASIFICARSE EN LOS SIGUIENTES TIPOS: - Sedimentación intermitente: el flujo volumétrico total de materia fuera del sistema es nulo, transcurre en régimen no estacionario. Este tipo de sedimentación es la que tiene lugar en una probeta de laboratorio, donde la suspensión se deja reposar. - Sedimentación continua: la suspensión diluida se alimenta continuamente y se separa en un líquido claro y una segunda suspensión de mayor concentración. Transcurre en régimen estacionario.

19 EQUIPOS, ELEMENTOS Y TIPOS DE: CENTRIFUGACION.

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21 HIDROCICLONES La manera mas simple de utilizar la fuerza centrifuga para la separación son los hidrociclones. El flujo de entrada entra tangencialmente, en la sección cilíndrica del hidrociclon que seguirá un camino circular con un flujo revertido de fluido desde afuera al eje del vórtice . El campo centrifugo generado por las velocidades tan altas de circulación crearía un cono de aire en el eje.Para que esto ocurra la fuerza centrifuga debe ser mucho mayor que la gravitacional.

22 Las partículas que caen dentro del campo centrifugo tenderán a moverse hacia afuera en función de la mayor densidad. Las mayores, y mas pesadas migran rápidamente a las paredes de fuera de la sección cilíndrica y posteriormente forzadas a caer al interior de la pared cónica. Las partículas pequeñas, serán sin embargo atraídas hacia dentro por el fluido a medida que se mueven hacia el vórtice. La separación sólida ocurrirá durante la suspensión a lo largo del recipiente del hidrociclon.

23 CENTRIFUGADORES CAMPANA TUBULAR
La campana tubular centrifuga ha sido usado durante mucho tiempo antes que otros sistemas de centrifugación. Se basa en simple geometría: su diseño consiste en un tubo, cuyo largo es de varias veces su diámetro que rotan entre apoyos a cada lado. El flujo del proceso entra en el fondo del centrifugador (feed suspension) y altas fuerzas centrifugas separan los sólidos que se adhieren a las pareces de la campana, mientras la fase liquida sale en la parte superior del centrifugador. Debido a que este sistema carece de rechazo de sólidos, los sólidos solo se pueden eliminar parando el funcionamiento del aparato, desmontándolo y arrastrando o lavando los sólidos manualmente.

24 Estos centrifugadores campana tubular tienen capacidad de deshidratación, pero capacidad limitada de separación de sólidos.

25 CENTRIFUGADOR DE CESTA PERFORADA
Se usa cuando el contenido de sólidos en suspensión es muy alto. Consiste simplemente en una cesta o campana tambor, que normalmente rota en torno a un eje vertical. Los sólidos se acumulan y comprimen debido a la fuerza centrifuga pero no son deshidratados. El liquido residual se drena al parar la rotación.

26 Centrífugas con tambor macizo y tornillo sinfín
Alimentación El producto a ser separado se introduce a través de un tubo de alimentación central y es conducido a la zona de alimentación del tornillo sinfín. Desde ahí, el producto es acelerado suavemente (en dirección circunferencial) y se dirige e ingresa en el tambor centrífugo a través de las puertas de distribución.

27 Tambor El tambor tiene una forma cónica y cilíndrica y gira a una velocidad determinada según las necesidades de la aplicación. En el tambor, la suspensión alcanza la velocidad completa formando una capa concéntrica en la pared del tambor. Los sólidos contenidos en el producto son depositados en la pared del tambor por efecto de la fuerza centrífuga. La longitud del tambor cilíndrico, así como el ángulo de la parte cónica, pueden ser seleccionados y adaptados de acuerdo a los requerimientos específicos de cualquier aplicación. Tornillo Sinfín El tornillo sinfín gira a una velocidad diferencial relativamente menor a la del tambor y transporta los sólidos depositados en la pared del tambor hacia la parte cónica y final del tambor.

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29 TIPOS DE CENTRIFUGACIÓN
Centrifugación diferencial: Se basa en la diferencia en la densidad de las moléculas. Esta diferencia debe ser grande para que sea observada al centrifugar. Las partículas que posean densidades similares a la del medio sedimentarán juntas. Centrifugación isopícnica: Partículas con el mismo coeficiente de sedimentación se separan al usar medios de diferente densidad. Centrifugación zonal: Las partículas a separar se separan por la diferencia en la velocidad de sedimentación a causa de la diferencia de masa de cada una. La muestra se coloca encima de un gradiente de densidad preformado. Por la fuerza centrífuga las partículas sedimentan a distinta velocidad a través del gradiente de densidad según su masa.

30 CENTRIFUGACIÓN DE ALTA VELOCIDAD
Este tipo de centrifugación , usualmente con máximas velocidades de – r.p.m., este tipo de centrifugación puede generar cerca de g de sedimentos. CENTRIFUGACIÓN DE BAJA VELOCIDAD Este tipo de centrifugación es capas de centrifugar hasta 6 litros de muestra a la vez, mantienen la muestra fría por un flujo de aire que pasa a través del fondo de la centrifuga. Este tipo de centrifugación es utilizado rutinariamente para procesos iniciales de muestras biológicas

31 Innovaciones tecnológicas en sistemas de centrifugación
Las eficiencias de las centrífugas han seguido aumentando debido a las innovaciones tecnológicas. Una innovación clave es el uso de un software dinámico hidráulico computacional (CFD) para optimizar el diseño de los componentes hidráulicos. El uso de este software de alta complejidad de la centrífuga permite a los fabricantes modelar con precisión el espacio de todo el sistema hidráulico de la centrífuga y reducir las pérdidas de eficiencia interna.

32 (compañía FLOTTWEG) FLOTTWEG ha cumplido especialmente con estos requerimientos y exigencias mediante una amplia gama de diferentes productos y gracias a la variedad de diseños básicos. En la actualidad, las centrífugas modernas son utilizadas en la industria de procesos técnicos para separar mecánicamente mezclas de sólidos y líquidos. A diferencia de otros procesos de separación mecánica tales como la filtración y la sedimentación estática, la utilización de centrífugas modernas ofrece las siguientes ventajas: facilidad de manejo a través de una operación continua y automatizada. no requiere el uso de agentes coadyuvantes como telas filtrantes o coadyuvantes de filtración.

33 Ejemplo : Centrífugas con tambor macizo y tornillo sinfín
El principio básico de las centrífugas con tambor macizo y tornillo sinfín se conoce desde finales del siglo XIX. Desde entonces y hasta la fecha, la maquinaria ha sido desarrollada e implementada continua y permanentemente, por ejemplo, mediante la utilización de innovativos detalles en su diseño, a fin de obtener soluciones para los procesos especiales de separación y el uso de materiales de construcción modernos, altamente resistentes y durables.

34 Especialmente y con la utilización de componentes electrónicos y electromecánicos en la tecnología de medición y control, se ha perfeccionado la capacidad de rendimiento y disponibilidad de las máquinas. El diseño básico de una centrífuga con tambor macizo y tornillo sinfín es relativamente simple y puede ser adaptado según las especificaciones y/o necesidades del proceso. Dentro de la gama de centrífugas modernas utilizadas en las diferentes industrias en la actualidad, los decanters tienen el mayor rango de aplicaciones.

35 Innovaciones tecnológicas en sistemas de sedimentación
En la sedimentación uno de los avances tecnológicos importantes son los espesadores y clarificadores; Mantenimiento integral, optimización, mejo­ramiento en elementos de control y estructu­ral mecánico. El Acelerador de Sedimentación, es una innovadora tecnología que permite acelerar la velocidad de sedimentación de los espesadores en la gran minería.

36 El equipo espesador aumentará su rendimiento, lo que permitirá disponer de un mayor volumen de agua sin necesidad de realizar grandes inversiones en obras civiles, maquinarias y/o químicos.

37 Características Técnicas
El equipo viene configurado para ser soldado o apernado mediante flanges a cualquier tipo de cañería. La vida útil es superior a 9 años. Sólo se aconseja verificar su estado de funcionamiento cada 3 años. No utiliza productos químicos. Sólo requiere energía eléctrica para la instrumentación. El equipo puede ser monitoreado a distancia. No requiere mantención, ni supervisión permanente. Cero costos operacionales. Optimiza la tasa de sedimentación de finos en los espesadores.2

38 La selección final del tipo y tamaño del equipo que se ha de utilizar.
SELECCIÓN MANTENIMIENTO Y COSTOS DE OPERACIÓN DE UN SISTEMA DE SEDIMENTACION Y CENTRIFUGACION CONSIDERANDO PROVEEDORES Y COTIZACIONES MINIMISANDO EL IMPACTO AMBIENTAL. La meta al seleccionar un sedimentador o una centrifuga es maximizar la eficiencia de funcionamiento, mientras se minimizan los costos. La selección final del tipo y tamaño del equipo que se ha de utilizar. Con el fin de mejorar el resultado final, se debe tener en cuenta la eficacia y eficiencia de los equipos de sedimentación y la centrifugación.

39 Material de fabricación:
Los sedimentadores o centrifugas pueden ser fabricados de multitud de materiales, en función del destino de su uso. La mayor parte de los mecanismos son hechos de acero. Además se deben tomar en cuenta los criterios característicos de diseño para obtener las dimensiones y las condiciones de operación respecto a las aplicaciones

40 también se toma en cuenta la solución o mezcla a sedimentar o centrifugar ya que esto va de la mano con el material de los equipos de sedimentación y centrifugación ya que por ejemplo la mezcla puede ser acida o alcalina y dependiendo de eso podría dañar el material de fabricación del equipo.

41 EQUIPOS DE CENTRIFUGACION COSTO DE INSTALACIÓN
Los costos de instalación de centrifuga varían en gama extremadamente amplia, según la clase de centrifugas, el área y el tipo de estructura en que se va a instalar y según lo que entienda exactamente por costo de instalación algunas centrifugas como las: Tubulares portátil y las purificadoras de disco para aceites, se envían comunidades embaladas y requieren un mínimo de tubería de conexión y cableado electrónico , sin necesidad de cimentaciones.

42 Los costos mínimos de instalación que cubren una cimentación simple y tuberías y conexiones eléctricas básicas ,son de,aproximadamente:5 a 10 % del precio de compra para las centrifugas tubulares y de discos 10 a 25 % para las centrifugas continuas de transportador, las automáticas por lote y las impulsadas por el fondo, y hasta el 30% para las centrifugas de cesto contenido suspendidas por lo alto. Si se incluye el costo de todas las unidades auxiliares cimientos especiales, tanques, bombas, transportadores ,equipos eléctricos y de control etc. El costo de instalación puede llegar a 100 a 400% del precio de compra de la centrifuga.

43 MANO DE OBRA Las centrifugas van desde las de control completamente manual hasta las de funcionamiento totalmente automático. para las primeras ,un hombre maneja casi siempre de 1 a 5 centrifugas según el tipo y sus aplicaciones. Las centrifugas completamente automatizadas requieren poca atención operacional directa. la mano de obra directa mas la tención de la supervisión se ubican en el intervalo de 0.05 a 0.2 horas- hombre por hora de funcionamiento de la centrifuga.

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45 Proveedores de: equipos de centrifugación
Inolab Especialistas de Servicio: Somos un proveedor de Centrifugación, Equipos BÇIomerieux, Equipos Shodex, Equipos KRUSS en Aniceto Ortega 1341 Col. Del Valle, México C.P Industria. Tenemos cobertura en México, Centroamérica. VIDCOL: Ofrecemos Centrifugación, Equipos de laboratorio en . . Nuestra cobertura abarca Latinoamérica Barnstead Internacional: Ofrecemos centrifugación, equipos de almacenamiento en frío en 255 Kerper Blvd. Merck Millipore: Ofrecemos Filtros de centrifugación, Equipos para Laboratorio, Portacartuchos, equipos y accesorios, Equipos para Laboratorio en Calle 5 No. 7 Col. Fracc. Indl. Alce BlancoEdo. de México C.P Industria. Nuestra cobertura abarca Nacional.

46 COSTOS DE EQUIPOS DE SEDIMENTADORES O ESPESADORES
los costos varían mucho para un diámetro dado debido a los muchos tipos de construcción. Por regla general , el costo total instalado será de aproximadamente ,2 a 4 veces el costo del mecanismo de rastrillo(incluyendo el elevador y el cabezal de transmisión ), además de los pasillos y el puente o jaula de estribo central , rieles y lavadores de sobre flujo. COSTOS OPERACIONALES El costo de energía para un espesor continuo es un renglón casi insignificante.

47 TABLA DE COSTO INSTALADO APROXIMADODE LOS ESPESORES DE UN SOLO COMPARTIMIENTO.
DIAMETRO COSTO m ft $/m2 s/ft2 3 10 15 50 74-93 20 65 65-72 30 100 40-48 45 150 30-35 60 200 23-24 75 250 22-23 90 300 21-20 105 350 215 20 120 400 205 19 costo total ,que incluye la instalación; basado en mecanismos de acero, tanques y fondo de acero asta 30 m y tanque de acero con fondo de concreto de 30 a 120m.

48 Listado de proveedores de "sedimentacion"
Nanometrix Analytical, InstrumentsComercio, Latinoamérica. Quimialcla, Industria, México y Latinoamérica. BCR INTERNACIONAL, Sedimentación, Industria, Latinoamérica. Grupo EMESA, Sedimentación, Industria, México y Latinoamérica. Química Tech, Gradilla de sedimentación, Tubo para sedimentación, Comercio, Chihuahua, Torreón, Durango y México.

49 BIBLIOGRAFIA: MICROSOFT STUDENT CON ENCARTA PREMIUM 2009.
Procesos de transporte y operaciones unitarias, C. J. Geankoplis, tercera edición, ed CECSA. Manual del ingeniero químico, Perry, sexta edición, tomo 2, ed. MC GRAW HILL.