sedimentacion 2

OPERACIONES UNITARIAS“EQUIPOS EN SEDIMENTACION”

Iván A. Salazar, Laura Portela, Lina M. López, Sebastián Cadena

OPERACIONES CON SÓLIDOS ING. QUÍMICA DOC. ING. IVÁN RAMÍREZ MARÍN

FACULTAD DE INGENIERÍA UNIVERSIDAD DE AMÉRICA NOVIEMBRE 2013

OPERACIONES UNITARIAS

“SEDIMENTACION”

Iván A. Salazar

1, Laura Portela

1, Lina M. Lopez

1, Sebastián Cadena

1

1Facultad de Ingeniería Química, Universidad de América de Colombia.

Tel: 3376680 Fax: 57 1 336294

Email: [email protected]

RESUMEN

Este trabajo contiene información sobre la operación unitaria de sedimentación, sus principios

físicos, sus clases, equipos utilizados, aplicaciones industriales y costos en la industria. Tiene

como objetivo sintetizar los contenidos encontrados en fuentes como libros y páginas de internet

para el mejor estudio de la operación, resaltando lo esencial y más importante para un mejor

entendimiento de los conceptos y demás ítems.

(ver www.ucatedraivan.wordpress.com)

Palabras Claves: Sedimentación, operación unitaria, principios físicos.

ABSTRACT

This paper contains information on research showing sedimentation unit operation, its

physical principles, their classes, equipment used, and industrial applications in industry costs. It

aims to synthesize the contents found in sources such as books and websites for the best study of

the operation, highlighting the essential and most important for a better understanding of the

concepts and other items

Key words: Sedimentation, unit operation, physical principles.

INTRODUCCIÓN

El proceso de sedimentación representa el

más importante proceso unitario para

separaciones mecánicas de sólido-líquido.

Es tal vez la operación unitaria más usada en

el tratamiento de aguas y aguas residuales.

En la mayoría de los casos, el objetivo

principal es la obtención de un efluente

mailto:[email protected]





clarificado con la ayuda de equipos

sedimentadores que se adecuan y utilizan

según la industria y el fin para el que son

construidos e implementados.

SEDIMENTACIÓN

La sedimentación es una operación de

separación sólido- fluido en la que las

partículas sólidas de una suspensión, se

separan debido a la densidad del disolvente

y el soluto, la concentración y el tamaño de

las partículas en suspensión, la presencia o

no de coagulantes en la mezcla y el estado

de agitación del conjunto. El producto de

mayor interés suele ser generalmente el

fluido libre de partículas, pero en otros casos

es el propio producto sólido; aunque rara vez

se consigue la separación total de las dos

fases de forma absoluta y nítida.

Los sólidos en suspensión sedimentables

son aquellos que por acción de la gravedad

se separan del seno del líquido y son

arrastrados hacia el fondo del tanque

sedimentador, donde pueden ser separados

del líquido a la cual se desea darle

tratamiento para remoción de dichas

partículas. Los sólidos sedimentables son

aquellos que tienen una densidad mayor a la

del líquido donde se encuentran. Aún y

cuando teóricamente deben separarse todas

las partículas más densas que el líquido que

contiene dichos sólidos, la eficiencia del

proceso de remoción es generalmente baja

ya que en el proceso de separación están

involucrados otros factores como corrientes

de turbulencia y de desestabilización de la

cama de lodos, etc.

La separación del material en suspensión

del líquido que lo contiene involucra un

proceso netamente físico. En este proceso se

manifiestan una serie de fuerzas como son:

La fuerza que provoca que el sólido

sedimente y que se debe a la acción

de la gravedad.

La fuerza de oposición o el empuje

que se manifiesta por el

desplazamiento del líquido por la

partícula suspendida que se desplaza

verticalmente hacia abajo.

La fuerza de fricción que se debe al

desplazamiento de la partícula por el

fluido.

Si la fuerza gravitatoria es mayor que las

fuerzas de oposición, la partícula se precipita

al fondo del recipiente (sedimenta), de lo

contrario, la partícula no se separa del

líquido y será arrastrada por el líquido

sobrenadante que sale en la parte superior

del sedimentador.

El factor principal que conduce a la

sedimentación es la densidad de la partícula.

A mayor densidad, mayor fuerza

gravitacional y más eficiente separación del

sólido. También influye en la separación la

densidad del líquido.





SEDIMENTACIÓN POR

GRAVEDAD

ESPESADORES

La función principal de un espesador

continuo es concentrar los sólidos en

suspensión mediante asentamiento por

gravedad, para lograr un balance de materia

en régimen estacionario con extracción

continua de sólidos, especialmente en el

efluente inferior a la velocidad con que

entran a la alimentación.

Espesadores convencionales:

Se caracteriza porque su bandeja de

alimentación se encuentra en la parte

superior del equipo.

Esta suspensión diluida sedimenta a

velocidad constante formando un manto de

altura variable, para transformarse en

sedimento en la parte inferior del equipo

Figura 1. Fases del sedimentado.

El Espesador Convencional se utilizan

con frecuencia cuando el uso de floculante

es problemático o caro. La gran superficie y

las bajas tasas de enjuague permiten que las

partículas se depositen sin ayuda de

floculante.

Beneficios:

•Consumo de floculante reducido

•Maneja fácilmente las fluctuaciones del

proceso

•Reducción de gastos de operación

• Levante de rastras con baja fricción

Aunque las necesidades de espacio y

costos de capital (CAPEX) son a menudo

más altos – los costos a largo plazo en

funcionamiento (OPEX) pueden ser

considerablemente menores.

Desventajas:

Se ha demostrado que los espesadores

convencionales su tiempo de sedimentar es

de horas debido a que no tiene un agente

floculante

Espesador de alta densidad:

Estas unidades tienen paredes laterales más

altas y una inclinación más pronunciada para

maximizar densidades. Permiten la

eliminación de precipitados de desecho a

una concentración que evita la segregación

de partículas finas y gruesas o la formación

de una capa de líquido en la superficie del

depósito.

Beneficios:

• Descargas inferiores de alta densidad-

transportable con bombas convencionales

(centrífuga)

• Mecanismos de torque de alta eficiencia

• Sistemas de aspas de bajo perfil

• Levante de rastras con baja fricción

Desventaja:





Las densidades más altas perjudican a la

unidad del mecanismo que requiere más

esfuerzo de Torque, así como el mecanismo

de rastra es arrastrado a través del material

de más alta viscosidad.

Operación:

Cuando se opera correctamente, los

espesadores requieren mínima atención y, si

las características de la alimentación no

cambian radicalmente, cabe esperar que se

mantengan las condiciones de diseño. Para

ello, se deben controlar las velocidades de

alimentación y el efluente inferior, así como

las concentraciones de sólidos. La velocidad

de dosificación de floculante y el nivel de la

interface, preferiblemente con sistemas

dependientes de instrumentación.

La puesta en marcha de un espesador es

la parte más difícil de la operación, ya que

en esta etapa es donde existe una mayor

probabilidad de daño mecánico que en

cualquier otro momento.

CLARIFICADORES

Los clarificadores continuos se emplean,

generalmente, con suspensiones diluidas,

normalmente corrientes de procesos

industriales y residuos domésticos

municipales, y su principal propósito es

producir un efluente superior relativamente

claro.

Los clarificadores emplean un

mecanismo de construcción más ligera y un

mecanismo de transmisión de impulso con

menor capacidad de torsión.

Clarificadores rectangulares:

El mecanismo de rasquetas empleado en

muchos diseños consiste en una draga de

arrastre tipo cadena, aunque para lo9s

procesos ligeros se usan sistemas de succión.

La draga de arrastre mueve la pulpa de

depositada hacia una tolva de lodos situada

en un extremo, por medio de raspadores que

hay al final de las larguísimas cadenas.

Durante su retorno a la posición de las

rasquetas, las palas deben pasar cerca del

nivel de agua y así actuar como desnatadores

para quitar la espuma o nata de la superficie.

Este tipo de clarificador se usa en

procesos tales como separaciones

preliminares de aceite y agua en refinerías y

en clarificación de corrientes residuales en

fábricas siderúrgicas. La calidad

(transparencia) del efluente superior

obtenida con estos clarificadores no es tan

buena como con los clarificadores

circulares, debido principalmente al

reducido perímetro de rebose por área

equivalente.

Clarificadores circulares:

El mecanismo es soportado por puente,

por columna central y de tracción periférica.

El primero de ellos está limitado a tanques

de diámetro menor a 20m por motivos

económicos.

Un clarificador circular está equipado con

un dispositivo desnatador de superficie, que

incluye un desnatador rotatorio, una placa





desviadora de espuma y una caja recolectora

de espuma, los clarificadores esta provistos

generalmente de rodillos de plástico en las

cuchillas de raspado de los brazos de

arrastre, ya que es deseable que el fondo este

limpio para evitar la acumulación de sólidos

orgánicos.

Clarificadores de placa inclinada:

Se ha incrementado el uso de la placa

inclinada para la clarificación. Estos

separadores contienen múltiples placas

inclinadas de 45 a 60° con respecto a la

horizontal. Se utilizan varios métodos de

alimentación para que la entrada pase por

cada canal inclinado con aproximadamente

un tercio de la altura vertical desde el fondo.

Esto da por resultado que los sólidos tengan

que sedimentarse solo en una pequeña

distancia de cada canal antes de deslizar la

base hacia abajo para darles paso a la zona

de recolección, que se encuentra debajo de

las placas.

La ventaja principal del clarificador de

placas inclinadas es su capacidad

incrementada por unidad de área plana. Los

inconveniente más importantes son la

concentración variable de los sólidos de

efluente inferior, que es menor que en otros

clarificadores por gravedad, y la dificultad

de limpiarlo cuando se dan incrustaciones o

depósitos.

Clarificadores por contacto de sólidos:

Estos clarificadores permiten las

velocidades máximas de efluente superior,

con una dosis mínima de productos

químicos para producir un efluente de la

mejor calidad. La entrada, con su dosis de

productos químicos, se pone en contacto con

sólidos previamente sedimentados en un

tubo de succión de recirculación, dentro del

pozo de reacción, por medio de la acción de

bombeo de la turbina, que da por resultado

un mezclado total de estas corrientes.

Debido a la concentración más elevada de

sólidos que se recirculan, todas las

reacciones químicas son mas rápidas y casi

completas, lo que mejora la floculación.

Los clarificadores por contacto de sólidos

presentan ventajas en clarificadores de

sedimento o aguas turbias que requieren

coagulación y floculación para eliminar las

bacterias, los sólidos suspendidos o el color.

Las aplicaciones incluyen el ablandamiento

de agua mediante la adición de cal, la

clarificación de las corrientes de los

procesos industriales, el tratamiento terciario

para la eliminación de fosfatos, así como la

eliminación de sílice de las salmueras

geotérmicas o de las aguas de superficie que

se utilizan como de reposición en las torres

de enfriamiento.

Componentes y accesorios para las

unidades de sedimentación

Los componente básicos son los mismo

tanto si el sistema se utiliza para

espesamiento como para clarificación: el

tanque, la estructura de apoyo del motor, la





unidad de impulso y el dispositivo de

elevación, la estructura de arrastre, el pozo

de alimentación, los dispositivos de

efluentes superior e inferior, la

instrumentación y las instalaciones para la

floculación.

Tanques: Los tanques o estanques se

construyen con materiales como el acero,

hormigón, madera, tierra compactada,

laminado de plástico y cemento con tierra.

La selección de los materiales de

construcción se basa en el coste, la

disponibilidad, la topografía, la capa

freática, las condiciones del terreno, el

clima, la temperatura de operación y la

resistencia a la corrosión. Generalmente, los

tanques industriales de hasta 30m de

diámetro están hechos de acero. El hormigón

se suele utilizar en los tratamientos de aguas

municipales y en aplicaciones industriales

grandes. Se ha demostrado que son

económicas las unidades extremadamente

grandes en las que se utilizan estanque de

tierra con recubrimientos impermeables.

Estructuras de soporte de las unidades

motrices: existen tres mecanismos básicos

de unidad motriz:

Espesadores con mecanismo

soportado en un puente: estos

espesadores son generalmente, de un

diámetro superior a los 30m, siendo

el máximo de 45m. ofrecen las

siguientes ventajas sobre los de

mecanismo soportado por columna

central: (1) capacidad para transferir

cargas a la periferia del tanque,(2)

capacidad para dar una

concentración de efluente inferior

más consistente y densa con un solo

punto de extracción,(3) un

dispositivo de elevación menos

complicado, (4) menos partes

estructurales sujetas a la

acumulación, (5) acceso al

mecanismo de impulso por ambos

extremos y (6) menor coste para

unidades con diámetro inferior a

30m.

Espesadores con mecanismo

soportado por columna central: estos

espesadores suelen tener un diámetro

de unos 20m. el mecanismo esta

soportado por una columna central

de acero o de hormigón, y los brazos

de arrastre están unidos a un sistema

de impulso que gira alrededor de la

columna central.

Espesadores por tracción: estos

espesadores se adaptan mejor a

tanques de mas de 60m de diámetro.

Su mantenimiento es, generalmente

mas fácil que el de otros espesadores,

lo cual es una ventaja cuando están

situados en lugares alejados. Las

desventajas de un espesador por

tracción son que (1) no puede usarse

ningún dispositivo practico de

elevación,(2) la operación puede ser

difícil en climas donde la nieve y el

hielo son frecuentes, y (3) el esfuerzo





de impulso de torsión se debe

transmitir desde la periferia del

tanque hacia el centro, donde se

presentan las condiciones más

pesadas de rastrilleo.

Mecanismo de impulso: son el

componente clave de la unidad de

sedimentación. Proporcionan, la fuerza para

mover las rasquetas a través de la pulpa

espesada y para mover los sólidos

sedimentados hasta el punto de descarga,

soporta el mecanismo que le permite rotar,

capacidad adecuada de reserva para soportar

perturbaciones y sobrecargas temporales, y

control fiable que protege al mecanismo de

daños sobrecargas. Los mecanismos de

impulso suelen tener un engranaje recto de

hierro o acero montado sobre cojinetes,

piñones de aleación de acero o cualquier

engranaje de bronce o hierro maleable,

transportado a su vez por cinta de engranaje

de acero endurecido. También se emplean

sistemas hidráulicos de impulso. Este

conjunto esta guarnecido para obtener una

vida máxima de servicio. El mecanismo de

impulso contiene un sistema medidor de la

torsión indicada en el mecanismo que puede

transmitirse a un indicador a distancia. Si la

torsión alcanza un valor excesivo, este

sistema activa automáticamente los

dispositivos de seguridad, como alarma

sonora, elevándose las rasquetas y parándose

el mecanismo de impulso.

Mecanismo de elevación de las

rasquetas: estos mecanismos deber usarse

cuando existe la posibilidad de una

operación anormal de espesamiento. El

mecanismo de elevación puede ajustarse

para que eleve automáticamente los rastrillos

cuando ocurre un nivel específico de torsión

y seguir elevándolo hasta que la torsión

vuelve a su valor normal o hasta que se

alcanza la altura máxima de elevación.

Generalmente, deben tomarse las medidas

correctivas necesarias para eliminar la causa

de la perturbación.

Los dispositivos de elevación de los

rastrillos pueden ser manuales para los

espesadores de diámetro pequeño o

motorizado para grandes. La principal

ventaja de este diseño es el área superficial

relativamente pequeña del mecanismo de

rasquetas, que reduce acumulación de

sólidos y el tiempo muerto en las

aplicaciones en que puede darse incrustación

o formación de islas.

Una desventaja de este diseño o

cualquiera con brazos ensamblados por

bisagras y auto elevable es que en el centro

existe una elevación muy pequeña y, por lo

general, es en este lugar donde ocurren las

sobrecargas. Otra desventaja es la dificultad

de que existe para regresar las rasquetas a la

posición más baja en los espesadores que

contienen sólidos que se compactan

firmemente.

Mecanismo de arrastre: el mecanismo

de arrastre o de rasquetas ayuda a desplazar

los sólidos sedimentados hasta el punto de

descarga y también ayuda en el





espesamiento de la pulpa a romper los

puentes de floculos, permitiendo la salida

del fluido y la consolidación de los floculos.

Los mecanismos de arrastre se diseñan para

aplicaciones específicas y suelen tener dos

brazos largos con rasquetas y,

optativamente, dos brazos cortos para las

unidades con el mecanismo soportado por

puente o por columna central. Las unidades

de tracción tienen generalmente a un brazo

largo y tres cortos.

Generalmente, el diseño convencional se

utiliza en las unidades soportadas por

puente, en tanto que el diseño de doble

pendiente se emplea para las unidades de

mayor diámetro. Los extremos de las

rasquetas pueden tener fondos en forma de

pico o sierra para cortar sólidos que tienen

tendencia a compactarse.

Pozo de alimentación: el pozo de

alimentación se diseña para permitir que la

alimentación entre a una espesador

convencional con la turbulencia mínima y

una distribución uniforme, mientras disipa la

mayor parte de su energía cinética. La pulpa

entra al pozo de alimentación, que por lo

general está localizado en el centro del

espesador, a través de un tubo o canal

suspendido del puente. Algunos diseños

especiales de pozos de alimentación

utilizados para disiparla velocidad de

entrada y crear condiciones tranquilas para

la sedimentación dividen la corriente de

alimentación y la dejan que entre al pozo de

alimentación de forma tangencial, por lados

opuestos. Las dos corrientes colisionan para

disipar energía cinética.

Dispositivo de rebose: el efluente

clarificado se elimina por medio de un canal

periférico, localizado dentro o fuera del

tanque. El efluente entra al canal al sobre

fluir un vertedero plano o con muescas en V,

o mediante orificios sumergidos en el fondo

del canal. Los clarificadores industriales

pueden tener velocidades de efluente

superior mayores, que dependen de la

aplicación y la claridad deseada de efluente

superior. Los canales se pueden colocar de

diferentes formas para lograr la velocidad de

efluente superior deseada. Para mejorar la

clarificación hay varias alternativas, que

incluyen un canal anular dentro del tanque

(el líquido fluye por ambos lados) canales

radiales conectados al canal periférico (que

proporciona un vertedero muy largo, que

puede ser necesario cuando se dan

velocidades de efluente superior

anormalmente elevadas y la claridad del

efluente superior es importante). Por otra

parte, en muchas aplicaciones de los

espesadores no se requieren canales

periférico completos y no se obtienen

ninguna diferencia en la claridad de efluente

superior o del inferior en su concentración.

Dispositivo de extracción: los sólidos

concentrados se eliminan del espesador

mediante una bomba centrifuga para

precipitados, o bien una bomba de

desplazamiento positivo, o en ocasiones,

mediante descarga por gravedad a través de





una válvula de control de flujo adecuada

para utilizarse con suspensiones. Existen

cuatro dispositivos básicos de extracción:

Bomba adyacente al espesador con la

tubería enterrada: este dispositivo,

con la tubería que procede del cono

de descarga enterrada, es el menos

costoso, pero el más susceptible al

taponamiento. Se utiliza

exclusivamente cuando los sólidos

no se compactan hasta el grado de

formar un precipitado no bombeable,

y se puede retro lavar fácilmente si

se da taponamiento.

Bomba con la tubería del cono de

descarga dentro de un túnel: se puede

construir un túnel debajo del

espesador para proporcionar acceso

al cono de descarga cuando los

precipitados de efluente inferior son

difíciles de bombear y tienen las

características que causan

taponamiento. La bomba de efluente

inferior se puede instalar debajo del

espesador o en el perímetro.

Bomba con una descarga periférica:

la descarga periférica se utiliza para

permitir una reducción en el coste de

instalación de un tanque de fondo

plano sobre el terreno compactado.

Dado que se requiere más torsión

para arrastrar los sólidos hasta el

perímetro del tanque, este dispositivo

no es adecuado para el servicio que

incluye el manejo de sólidos gruesos

o los que se vuelven no fluido a altas

concentraciones.

Bombeo por la columna central: este

mecanismo se puede utilizar en vez

del túnel. Se dispone de varios

diseños, el más común de los cuales

consiste en una bomba montada

sobre un puente, con la línea de

succión dentro de una columna

central húmeda o seca.

Instrumentación

El control de espesadores se basa

normalmente en la idea de que la densidad

del efluente inferior obtenido es el criterio

más importante del proceso. La claridad del

efluente superior también se considera, pero

no es tan determinante. Otros factores

adicionales a considerar son la optimización

del uso de floculantes y la protección del

mecanismo de arrastre.

Sensores de nivel de lecho de lodo: la

mayoría de los dispositivos más

comúnmente usados para la detección del

nivel de lecho de lodos operan por

ultrasonidos, radiaciones gamma, infrarroja

o luz visible, o simplemente con un corcho

que es cuidadosamente lastrado para que

flote en la interface del nivel de lecho de

lodo.

Medidores de flujo: se usan para medir

la velocidad de adición de floculante, de

efluente inferior y de flujo de alimentación.

Para el control automático, los dispositivos

más usados son los medidores de flujo





magnético y los medidores de flujo de efecto

doppler.

Indicadores de densidad: se usan para

medir la densidad o el contenido de sólidos

suspendidos en las corrientes de

alimentación y de efluente inferior. Los

dispositivos más usados para el control

automático son los de radiaciones gamma,

pero los de ultrasonido son más efectivos en

un rango de densidades de lodo más bajo.

Indicadores de turbidez: operan con

haces de luz y detectores de luz visible. Se

usan para controlar la turbidez de la

alimentación y del efluente.

Detectores de cantidad de corriente:

con ellos se obtienen medidas fuertemente

relacionadas con el potencial zeta de una

suspensión y se usan para la optimización de

la dosis de coagulante en operaciones de

clarificación.

APLICACIONES INDUSTRIALES

Los espesadores y los clarificadores

tienen la aplicación industrial de desagüe en

las áreas de decantación que tienen

industrias de proceso, incluida la minería, la

construcción, pulpa y papel, energía,

petróleo y gas, son además usados para

tratar los contaminantes para el retiro en

agua y aguas residuales. En la industria del

azúcar son utilizados para procesar el jugo

mezclado y clarificar el jugo antes de la

evaporación.

COSTOS

Como regla general, el coste total de la

instalación es 3 a 4 veces el coste del

mecanismo de arrastre, más el de los pasillos

y el puente o jaula de estribo central, rieles y

lavadores de efluente superior. El coste de

energía para un espesador continuo es casi

insignificante, el bajo consumo de energía es

debido a las bajas velocidades de rotación; y

esta baja velocidad implica también bajos

costes de mantenimiento. La mano de obra

es poca, ya que no necesita mucha atención

tras la operación inicial de balance de

alimentación y efluente superior. Si se

requieren reactivos para la floculación, el

coste de éstos hace frecuentemente que los

demás costes de operación resulten muy

pequeños.

SEDIMENTACIÓN CENTRIFUGA

Ciclones (separación gas-solido)

Consiste en un cilindro vertical con un

fondo cónico, una entrada tangencial en la

parte superior que por lo general es

rectangular y una salida para el sólido

situada en el fondo del cono.

El aire cargado de solidos recorre un

camino en espiral hacia abajo del ciclón. La

fuerza centrífuga desarrollada en el vórtice

tiende a desplazar radialmente las partículas

hacia la pared para que se deslicen hacia

abajo dentro del cono y poder recogerlas, y

posteriormente las partículas de gas salen

por la parte superior ilustrado en la Figura 2.





Figura 2. Ciclón separación gas sólido.

El ciclón es en esencia un dispositivo de

sedimentación en el que una fuerza

centrífuga intensa, que actúa radialmente, es

la que se utiliza en lugar de una fuerza

gravitacional relativamente débil dirigida de

forma vertical.

Un ciclón de gran diámetro tiene un

factor de separación mucho menor que para

diámetros pequeños y son utilizados en

flujos no muy grandes para empresas

medianas y pequeñas; pero cuando el flujo

es grande se pueden acoplar varios ciclones

de pequeño diámetro utilizaos para grande

empresa.

La eficiencia de recolección aumenta con

la densidad de las partículas y disminuye al

aumentar la temperatura del gas porque

aumenta su viscosidad.

Tabla 1

Ventajas y desventajas de los ciclones

Ventajas Desventajas

Bajos costos de

capital

Falta de partes

móviles, por lo

tanto, pocos

requerimientos de

Eficiencias de

recolección de

partículas

suspendidas totales

relativamente bajas,

particularmente para

mantenimiento y

bajos costos de

operación.

Caída de presión

relativamente baja,

comparada con la

cantidad de

partículas

removidas.

particulas menores

de 10 µm.

No se puede manejar

materiales pegajosos

o aglomerados.

Hidrociclones (separación liquido-solido)

La alimentación entra tangencialmente a

alta velocidad cerca de la parte superior. El

líquido sigue un camino en espiral cerca de

la pared del tanque, formando un fuerte

vórtice descendente. Las partículas de solido

grandes o pesadas se separan en la pared y

son impulsadas hacia abajo para salir del

ciclón. La mayor parte del líquido regresa

hacia arriba en una vórtice interno y sale a

través de una tubería central de descarga

como se muestra en la Figura 3.

Figura 3. Hidrociclón separación liquido

sólido.

Es imposible tener una buena eliminación

de solidos a una alta concentración del flujo

interior, por eso se utilizan alimentaciones

diluidas y maquinas con diámetros pequeños

entre 10mm y 1,2m para pequeñas empresas,

por lo tanto para flujos grandes se conectan





varios hidrociclones pequeños en paralelo

utilizados en grades empresas.

Tabla 2

Ventajas y desventajas de los

hidrociclones


Facilidad de

construcción,

instalación y

mantenimiento.

Unidades pequeñas

(ahorro de espacio)

Esfuerzos cortantes

altos (corte fino,

evita la

aglomeración)

Inflexibilidad (rígidos

en construcción con

poca posibilidad de

variaciones de

diseño)

Esfuerzos cortantes

altos (desventaja a

altas concentraciones

por imposibilidad de

usar floculantes)

Centrifuga tubular

La alimentación se introduce por el fondo

del recipiente a través de un pequeño

orificio. Seguido, se encuentra un distribuido

y un deflector ensamblados que permiten la

distribución y la aceleración de la

alimentación a la velocidad circunferencial.

El líquido centrifugado abandona por rebose

o desbordamiento el recipiente por la parte

inferior y los sólidos que sedimentan contra

la pared del recipiente se retiran por la parte

superior.

Los modelos comerciales son de 102 a

127mm de diámetro y 762mm de longitud y

se usan para flujos grandes en empresas de

gran escala. Los de menor tamaño 44 x

229mm son usados para laboratorio y puede

desarrollar 65000g y se emplea para

separaciones de gran dificultad como

material bilógico.

Tabla 3

Ventajas y desventajas de la centrifuga

tubular


Se usa cuando se

requieren altos

requerimientos de

centrifugación.

Fácil desmontado y

limpieza

Limite en los

caudales

Centrifugas de disco

La alimentación se introduce próxima al

eje central, acelerando hasta alcanzar la

velocidad establecida mediante una especie

de eje sobre el que están situados de 50 a

150 discos cónicos superpuestos espaciados

entre 0,4 y 3mm, para reducir la distancia de

la separación solido-liquido. El ángulo

medio formado por los discos con la

horizontal esta entre 40 a 55o para facilitar el

transporte de sólidos. Cuando actúa la fuerza

centrífuga los sólidos sedimentan sobre la

cara interna e inferior de los discos y se

desplazan hacia el fondo por la inclinación

para recogerlos. Simultáneamente el líquido

clarificado se mueve hacia arriba por el

canal cónico gracias a las aberturas que

proporcionan los discos espaciados

uniformemente con un paso continuo; esto

se muestra a continuación en la Figura 4.





Figura 4. Centrifuga de discos.

La centrifuga de discos es la más

utilizada en la industria debido a las

siguientes ventajas:

o Mayor rendimiento y diseño

compacto.

o Separación de solidos muy finos de

líquidos.

o Construcción cerrada y/o hermética

para evitar la contaminación del

producto del medio ambiente.

o Fácil manejo.

Centrifugas de recipiente apantallado

Consiste en un decantador de recipiente

macizo en el que se añade en la sección

cónica final una pantalla cilíndrica del

tamizado. La alimentación acelerada se

introduce y los sólidos más densos

sedimentan sobre la pared del recipiente,

escapando el efluente a través de las

aberturas que dispone el equipo. A medida

que los sólidos son desplazados por la zona

del tamizado, se somete a lavado en la

primera mitad para eliminar impurezas y la

segunda mitad está dedicada a deshidratar el

sólido.

Tabla 4

Ventajas y desventajas de la centrifuga

de recipiente apantallado


Se obtienen solidos

más secos debido a

la filtración

centrifuga en el

tamiz.

Los tamices

minimizan el

taponamiento.

Dificultad en la

limpieza y el

mantenimiento.

APLICACIONES INDUSTRIALES

Las centrifugas tienen la aplicación

idustrial de la deshidratación máxima de los

lodos residuales en el tratamiento de agua

residuales. Cada décimo por ciento que se

incrementa en la materia seca de los lodos,

origina un ahorro considerable para el

operador en la eliminación de los mismos.

En la purificación de vacunas, las vacunas

no centrifugadas contienen gran cantidad de

materiales no esenciales y dañinos;

purificación de aceites de lubricación e

industriales; clarificación y purificación

de productos alimenticios tales como aceites

esenciales, extractos y jugos de fruta, y en la

minería.

COSTOS

http://www.monografias.com/trabajos11/vacsue/vacsue.shtml#VACUNAS





Ni el coste de inversión ni el coste de

operación de una centrífuga pueden

correlacionarse directamente mediante una

única característica de un tipo dado que

centrífuga. Estos costes dependen también

de las características de la centrífuga

respecto de la naturaleza física y química de

los materiales a separar, el grado y dificultad

de separación, la flexibilidad y capacidad de

la centrífuga y sus equipos auxiliares, el

medio en el que se localiza la centrífuga y

otros muchos factores no técnicos,

incluyendo la competencia del mercado.

CONCLUSIONES

Los espesadores y clarificadores son

máquinas de bajos costos puesto que

requieren una mínima atención, las

características de alimentación no

cambian radicalmente.

Los espesadores están diseñados para

las condiciones de trabajo más

severas impuestas por una gran

cantidad de pulpa relativamente

concentrada, mientras que los

clarificadores son diseñados para

eliminar por completo los sólidos en

suspensión.

La centrifugación es una operación

unitaria muy importante para separar

sólidos de líquidos, ya que el proceso

de gravedad es demasiado lento y

puede llegar a representar perdidas

en industrias por la parte de

producción, por eso, la

centrifugación hace que se acelere en

gran medida el procedimiento

mediante diferentes equipos como

hidrociclones, centrifuga de discos,

centrifuga tubular, entre otros.

La centrifuga de discos se puede

considerar como uno de los mejores

equipos y el más utilizado en las

industrias, debido a que realiza una

separación de sólidos muy eficiente

al retirar los más finos, al igual

presenta un mayor rendimiento y

previene la contaminación del

producto.

Los precios de los clarificadores

oscilan entre 250 y 300 MXP (pesos

mexicanos)/ ft3 aproximadamente.

Los precios de los espesadores

oscilan entre 15000 y 18000 USD/m3

aproximadamente.

Los precios de las centrifugas oscilan

entre 50000 y 60000 USD

aproximadamente.

La aplicación industrial más común

para la sedimentación en espesadores

y clarificadores es la de tratamiento

de aguas y aguas residuales.

La sedimentación por centrífuga

representa un papel importante en las

aplicaciones biotecnológicas y de

bioprocesos.

sedimentacion 2

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