2. sedimentacion

SEDIMENTACION

LABORATORIO DE INGENIERIA IIPRACTICA NO 2 SEDIMENTACIN

I.

OBJETIVOS

Objetivo General Determinar de forma experimental la variacin de la velocidad de sedimentacin con la concentracin de slidos. Objetivos Especficos Determinar la concentracin de la suspensin dentro del sedimentador discontinuo a cualquier profundidad. Determinar la seccin transversal del sedimentador.

II.

FUNDAMENTO TERICO

SEDIMENTACION -Definimos como "sedimentacin" al proceso natural por el cual las partculas ms pesadas que el agua, que se encuentran en su seno en suspensin, son removidas por la accin de la gravedad. -Las impurezas naturales pueden encontrarse en las aguas segn tres estados de suspensin en funcin del dimetro. stos son: a) Suspensiones hasta dimetros de 10-4 cm. b) Coloides entre 10-4 y 10-6 cm. c) Soluciones para dimetros an menores de 10-6 cm. -Estos tres estados de dispersin dan igual lugar a tres procedimientos distintos para eliminar las impurezas. -El primero destinado a eliminar las de dimetros mayores de 10-4 cm. Constituye la "sedimentacin simple". -El segundo implica la aglutinacin de los coloides para su remocin a fin de formar un "floc" que pueda sedimentar. -Finalmente, el tercer proceso, que esencialmente consiste en transformar en insolubles los compuestos solubles, aglutinarlos para formar el "floc" y permitir as la sedimentacin.

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO

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SEDIMENTACION

LABORATORIO DE INGENIERIA II

-Es decir que en muchos casos, las impurezas pueden ser, al menos en teora removidas mediante el proceso de sedimentacin. SEDIMENTACIN POR ZONAS -En la figura 1 se representa el proceso de sedimentacin por zonas en una probeta. Este proceso consta de las siguientes etapas: en un principio el slido, que se encuentra con una concentracin inicial x0 (figura 1a), comienza a sedimentar (figura 1b), establecindose una interfase 1 entre la superficie de la capa de slidos que sedimentan y el lquido clarificado que queda en la parte superior (zona A). La zona por debajo del lquido clarificado se denomina zona interfacial (zona B). La concentracin de slidos en esta zona es uniforme, sedimentando toda ella como una misma capa de materia a velocidad constante Vs. Esta velocidad de sedimentacin puede calcularse a partir de la pendiente de la representacin de la altura de la interfase 1 frente al tiempo, tal y como se muestra en la figura 2. Simultneamente a la formacin de la interfase 1 y de la zona interfacial, se produce una acumulacin y compactacin de los slidos en suspensin en el fondo de la probeta, dando lugar a la denominada zona de compactacin (zona D). En esta zona la concentracin de slidos en suspensin es tambin uniforme y la interfase que bordea esta zona, interfase 2, avanza en sentido ascendente en el cilindro con una velocidad constante V.

TIPOS DE SEDIMENTACION SEDIMENTACION SIMPLE


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SEDIMENTACION


-Se entiende por sedimentacin simple, a la operacin de eliminacin de las partculas slidas contenidas en un fluido, por accin de la gravedad, generalmente es parte de los tratamientos primarios y tiene por objeto reducir la carga de slidos sedimentables cuyos tamaos de partcula son relativamente grandes. SEDIMENTACION INDUCIDA -Llamada tambin decantacin, se refiere a la sedimentacin de partculas coloidales, cuya coagulacin o aglomeracin ha sido inducida previamente por agente qumicos tales como el alumbre o el hidrxido frrico, entre otros. Los sedimentadores industriales pueden realizar: - Operaciones de sedimentacin intermitente o discontinua - Operaciones de sedimentacin continuos SEDIMENTACION CONTINUA -Consiste en alimentar una suspensin diluida constantemente a un equipo del cual se extrae lquido clarificado y suspensin concentrada o lodo de sedimentacin, con caudal constante.Los sedimentadores o empesadores continuos son tanques de gran dimetro y poca profundidad provista de un rastrillo en el fondo que girando lentamente, obligan al lodo a desplazarse hacia el orificio de salida situado en la parte ms profunda. El liquido clarificado rebosa por los bordes del tanque siendo recogido en un canal abierto que va dispuesto perifricamente el, alimento se introduce por el centro del tanque.

SEDIMENTACIN DISCONTINUA -Para explicar cmo se desarrollar esta operacin se recurrir a la descripcin de un experimento de sedimentacin discontinua en un cilindro o probeta de vidrio a fin de poder observar a travs de las paredes del recipiente los cambios que tienen lugar en el seno de la suspensin. La figura siguiente representa un proceso de sedimentacin discontinua realizado en una probeta de laboratorio. En esta figura se representa la probeta conteniendo una suspensin de concentracin uniforme en el momento de iniciarse el experimento (tiempo t = 0)


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SEDIMENTACION


Punto critico Es la concentracin lenta de los slidos, que hace que el liquido claro sea forzado hacia arriba a travs de los slidos, aqu la velocidad de sedimentacin es baja.La grafica correspondiente al proceso de sedimentacin es la siguiente:


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SEDIMENTACION


-En esta grafica se relaciona la variacin de la altura con respecto al tiempo ,luego nosotros mediremos la curva de velocidad de sedimentacin respecto al tiempo y de la concentracin de slidos en cada tiempo.

De las ecuaciones dadas en la grafica anterior podremos hallar la concentracin de slidos en cada tiempo y tambin la velocidad de sedimentacin. VELOCIDAD DE SEDIMENTACION


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SEDIMENTACION


APLICACIONES Tratamiento de aguas potable La sedimentacin en el tratamiento de aguas potable sigue generalmente un paso de la coagulacin y de la floculacin qumicas, que permite agrupar partculas juntas en los flculos de un tamao ms grande. Esto incrementa la velocidad en que se asientan los slidos suspendidos y permite el colocar los coloides. Tratamiento de desperdicio de aguas La sedimentacin es de uso frecuente como etapa primaria en las plantas modernas de tratamiento de aguas intiles, reduciendo el contenido de slidos suspendidos as como el agente contaminador encajado en los slidos suspendidos. Debido a la gran cantidad de reactivo necesaria para el agua urbana, la coagulacin qumica preliminar y la floculacin generalmente no se utilizan, los slidos suspendidos restantes son reducidos por las etapas siguientes del proceso. Aunque pueden ser utilizadas para la construccin de plantas o para reprocesar adicionalmente el agua tratada. Tecnologa Los tanques de sedimentacin pueden estar de diversas formas, a menudo rectangular o circular. Se clasifican para tener una velocidad ptima de la sedimentacin. Si la velocidad de la sedimentacin es demasiado alta, la mayora de las partculas no tienen tiempo y es llevada con el agua tratada. Si son demasiado bajos, los tanques sern de un tamao excesivo. Pues la turbulencia es un factor perjudicial que conduce partculas colocadas para entrar detrs en la suspensin, varios dispositivos se utilizan para asegurar un flujo reservado III. MATERIALES 50 gr de cal.

Probeta de 1L. Balanza.

Cronometro. Regla o papel milimetrado. Jarra. Cucharon de madera.


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SEDIMENTACION


IV.

PROCEDIMIENTO

-Sobre cada probeta se pega papel milimetrado para asi permitirnos una mejor apreciacinde la altura del sedimento.

-Preparar 5 soluciones de cal de diferentes concentraciones (50gr/Lt., 100gr/Lt, 150gr/Lt,200gr/Lt, 250gr/Lt).

-Se procede a diluir a distintas concentraciones y cada una de estas se colocan en 5probetas distintas teniendo en cuenta que al inicio la mezcla debe ser bien homognea. -Colocar cada una de las soluciones de cal en una probeta de 1 Lt.

-Finalmente tabule sus datos obtenidos tiempo (t) y altura del sedimento (z). (Hacer lo mismopara c/una de las experiencias). -Desarrollar las graficas siguientes: Z (cm) Vs t (min). V (cm/min) Vs C (Kg/m3). (1/C-1/Co) Vs V (cm/min).

RESULTADOS Y CALCULOS EXPERIMENTALES: Experiencia N 1 (Co=50kg/m3) Z(cm) 36 33 30 27 24 21 18 15 12 t(min) 0 0.55 1.042 1.425 1.833 2.34 2.68 3.07 3.4


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SEDIMENTACION9 6

LABORATORIO DE INGENIERIA II3.825 4.858

Graficamos: Z (cm) Vs t (min)

Inicialmente tengo los valores de: Co = 50Kg/m3 Zo=37.066

-Los valores de ZL son de la tabla.

-Sabemos que la velocidad de sedimentacin (V (cm/min)) vara de acuerdo a:

Obteniendo la siguiente tabla: Z(cm) 36 33 30 t(min) 0 0.55 1.042 CL(Kg/m3 V(-dz/dt) ) 51.480555 7.77 6 56.160606 7.52239 1 61.776666 7.3008916


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SEDIMENTACION

LABORATORIO DE INGENIERIA II7 68.640740 7.128465 7 77.220833 6.9447834 3 88.252381 6.716532 102.96111 6.563464 1 123.55333 6.387886 3 154.44166 6.23932 7 205.92222 6.047985 2 308.88333 5.5829284 3

27 24 21 18 15 12 9 6

1.425 1.833 2.34 2.68 3.07 3.4 3.825 4.858

Graficamos: V (cm/min) Vs C (Kg/m3)

Ahora procedemos a tabular lo siguiente:

V(dz/dt) 7.77 7.52239

(1/CL1/C0) 0.000575 19 0.002193 92


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SEDIMENTACION

LABORATORIO DE INGENIERIA II7.300891 0.003812 6 66 0.005431 7.128465 39 6.944783 0.007050 4 13 0.008668 6.716532 86 0.010287 6.563464 6 0.011906 6.387886 33 0.013525 6.23932 06 0.015143 6.047985 8 5.582928 0.016762 4 53

Graficamos:(1/C-1/C0) V (cm/min)


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SEDIMENTACION


Experiencia N 2 (Co=100kg/m3) De igual forma que lo realizado anteriormente: Z(cm) 34 32 30 28 26 24 22 20 18 16 14 12 10 8 7 t(min) 0 0.4 0.783 1.067 1.533 1.933 2.383 2.75 3.217 3.73 4.23 5.217 6.883 9.1 11.23


Inicialmente tengo los valores de: Co = 100Kg/m3


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SEDIMENTACIONZ0=33.948




Obteniendo la siguiente tabla:

CL(Kg/m V(-dz/dt) 3) 99.84705 5.8007 88 106.0875 5.55246 5.314770 113.16 2 121.2428 5.138519 57 8 130.5692 4.849320 31 2 4.601080 141.45 2 154.3090 4.321810 91 2 169.74 4.09405 3.804229 188.6 8 212.175 3.485862 242.4857 3.175562 14 2.563029 282.9 8 1.529110 339.48 2 424.35 0.15324 484.9714 29 1.168638Graficamos: V (cm/min) Vs C (Kg/m3)


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SEDIMENTACION


Ahora procedemos a tabular lo siguiente.

(1/CL1/C0) 0.0200153 18 0.0194261 81 0.0188370 45 0.0182479 09 0.0176587 72 0.0170696 36 0.0164805 0.0158913 63 0.0153022 27 0.0147130 91 0.0141239 54 0.0135348 18 0.0129456 82

LiCi/A 289.8130 39 285.8235 46 282.1445 84 281.5949 99 274.6125 34 269.5476 47 262.2378 15 257.6273 62 248.6062 86 236.9224 86 224.8351 94 189.3656 65 118.1173 96


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SEDIMENTACION

LABORATORIO DE INGENIERIA II0.0123565 12.40152 45 46 0.0120619 96.88610 77 63


Experiencia N 3 (Co=150kg/m3) De igual forma que lo realizado anteriormente:

Z(cm) 34 32 30 28 26 24 22 20 18

t(min) 0 0.617 1.233 1.866 2.5 3.166 3.9 4.717 5.87


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SEDIMENTACION16 14 12 10

LABORATORIO DE INGENIERIA II7.5 9.67 12.17 15.67




-Sabemos que la velocidad de sedimentacin (V (cm/min) vara de acuerdo a:


CL(Kg/m V(-dz/dt) 3) 147.9397 3.2237


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SEDIMENTACION

LABORATORIO DE INGENIERIA II06 157.1859 3.084011 38 2 2.944548 167.665 8 179.6410 2.801237 71 6 193.4596 2.6577 15 209.5812 2.506917 5 6 228.6340 2.34074 91 2.155771 251.4975 2 279.4416 1.894732 67 314.3718 1.5257 75 359.2821 1.034412 43 419.1625 0.468412 502.995 0.323988



V(dz/dt) 3.2237

(1/CL1/C0) 0.0134261


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SEDIMENTACION3.084011 2 2.944548 8 2.801237 6 2.6577 2.506917 6 2.34074 2.155771 2 1.894732 1.5257 1.034412 0.468412 0.323988

LABORATORIO DE INGENIERIA II77 0.0130285 59 0.0126309 41 0.0122333 22 0.0118357 04 0.0114380 86 0.0110404 68 0.0106428 49 0.0102452 31 0.0098476 13 0.0094499 95 0.0090523 76 0.0086547 58



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SEDIMENTACION


Experiencia N 4 (Co=200kg/m3) De igual forma que lo realizado anteriormente: Z(cm) 30 28 26 24 22 20 18 16 14 11.5 t(min) 0 2.2 4.75 7.36 10.22 13.22 16.8 20.65 25.3 31.95



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SEDIMENTACION






CL(Kg/m V(-dz/dt) 3) 199.34 0.8623 213.5785 0.8227 71 230.0076 0.7768 92 249.175 0.72982 271.8272 0.67834


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SEDIMENTACION73 299.01 332.2333 33 373.7625 427.1571 43 520.0173 91


0.62434 0.5599 0.4906 0.4069 0.2872



V(dz/dt) 0.8623 0.8227 0.7768 0.72982 0.67834 0.62434

(1/CL1/C0) 0.0100165 55 0.0096821 18 0.0093476 81 0.0090132 44 0.0086788 07 0.0083443 7


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SEDIMENTACION0.5599 0.4906 0.4069 0.2872

LABORATORIO DE INGENIERIA II0.0080099 33 0.0076754 96 0.0073410 59 0.0069230 13

Graficamos:(1/C-1/C0) Vs V(cm/min)

Experiencia N 2 (Co=250kg/m3) De igual forma que lo realizado anteriormente Z(cm) 36 35.5 35 34.5 34 33.5 33 32.5 32 31.5 30 29.5 t(min) 0 1.417 2.317 3.37 4.45 5.57 6.65 7.75 8.88 10.1 11.1 12.48


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SEDIMENTACION29 28.5 28

LABORATORIO DE INGENIERIA II13.67 14.9 16.08






CL(Kg/m V(-dz/dt)


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SEDIMENTACION3) 250.6041 67 254.1338 03 257.7642 86 261.5 265.3455 88 269.3059 7 273.3863 64 277.5923 08 281.9296 88 286.4047 62 300.725 305.8220 34 311.0948 28 316.5526 32 322.2053 57


0.4447 0.431663 6 0.423383 6 0.413696 0.40376 0.393456 0.38352 0.3734 0.363004 0.35178 0.34258 0.329884 0.318936 0.30762 0.296764



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SEDIMENTACION



V(dz/dt) 0.4447 0.431663 6 0.423383 6 0.413696 0.40376 0.393456 0.38352 0.3734 0.363004 0.35178 0.34258 0.329884

(1/CL1/C0) 9.64336E06 6.5065E05 0.0001204 87 0.0001759 08 0.0002313 3 0.0002867 51 0.0003421 73 0.0003975 95 0.0004530 16 0.0005084 38 0.0006747 03 0.0007301


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SEDIMENTACION

LABORATORIO DE INGENIERIA II24 0.0007855 0.318936 46 0.0008409 0.30762 68 0.0008963 0.296764 89


CONCLUSION

Para una solucin diluida la velocidad de sedimentacin es mucho ms rpida a comparacin de una solucin concentrada, como observamos en la experiencia el orden es de mayor a menor concentracin. Una vez realizada mientras ms la experiencia en el laboratorio se puede concluir que se encuentre la solucin el tiempo de

concentrado


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SEDIMENTACION


sedimentacin es ms grande por tanto la velocidad de sedimentacin disminuye si la concentracin aumenta. Se puede observar que mientras trascurre el tiempo la formacin de las zonas A (zona del claro) y la zona D (zona del concentrado) aumentan y son ms definidas que al comienzo. La determinacin experimental del rea del sedimentador responde al uso en el clculo simultneo de la concentracin como la velocidad para cada periodo de tiempo.

Para determinar el rea del sedimentador se requiere el uso de una solucin de igual concentracin a la que se quiere disear el sedimentador. Para un tiempo lo suficientemente grande la altura de espesamiento (ZL) logra ser constante y la velocidad de sedimentacin es prcticamente cero.

BIBLIOGRAFIA: Mc CABE/SMITH/HARRIOTT. "Operaciones Unitarias en Ingeniera Qumica". Ed. McGRAW HILL, NEW YORK 1998

MOLYNEUX, F. "Ejercicios de Laboratorio de Ingeniera Qumica" . Ed. Blume, Barcelona - Espaa 1969.


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SEDIMENTACION



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2. sedimentacion

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