Sedimentacion

Sedimentación es la operación unitaria que consiste en separar, por acción de la gravedad, un sólido finamente dividido de un líquido en el que está suspendido, obteniendo un líquido clarificado y un lodo más o menos espeso con elevado porcentaje de sólidos. Cabe recordar que los sólidos finamente divididos se encuentran habitualmente en disolución formando flóculos. Esta operación unitaria puede llevarse a cabo de forma continua o intermitente. Los sedimentadores industriales operan normalmente en régimen continuo.

• Potabilización del agua (sedimentación artificial). Se basa en la ley de Stokes, por lo que se intenta aumentar el diámetro de las partículas suspendidas en el agua, uniendo unas con otras. Esto se logra gracias a los procesos de coagulación y flotación (que ocurren naturalmente en la sangre pero que son producidos artificialmente en el agua).
• Tratamiento de aguas residuales (sedimentación artificial). Se retira la materia sólida, orgánica o no, del agua. El proceso de sedimentación permite reducir entre un 40 y un 60% de los sólidos suspendidos.
• Desarenador (sedimentación artificial). Se produce una sedimentación llamada discreta o granular. Esto significa que las partículas se sedimentan como unidades individuales, sin interacción de unas con otras (a diferencia de la coagulación).
• Aluvión. Medio sedimentario continental. El material sólido es transportado y depositado por una corriente de agua. Estos sólidos (que pueden ser arena, grava, arcilla o limo), se acumulan en los causes de los ríos, en llanuras donde ha ocurrido una inundación o en los deltas.
• Dunas. Sedimentación eólica (medio sedimentario continental). Las dunas son acumulaciones de arena causadas por la acción del viento. Pueden llegar a tener alturas de hasta 15 metros.
• Islas sedimentarias. Los ríos transportan materiales sólidos suspendidos en el agua, pero como no fluyen siempre a la misma velocidad, los sólidos pueden depositarse en determinadas zonas, formando islas. Forman parte de los deltas pero también pueden estar presentes lejos de la desembocadura de los ríos.
• Morrenas (sedimentación glacial continental). Una morrena es la acumulación de sedimentos formada por un glaciar. Dado que la mayor parte de las formaciones de hielo de las glaciaciones ya no existen, las morrenas pueden encontrarse en valles que han sido creados por glaciares que ya no están allí.
• Arrecifes geológicos (medio sedimentario marino). Son acumulaciones de sedimentos construidas por la interacción de ciertos organismos con su ambiente. Son sostenidos por un armazón. Por ejemplo, los arrecifes de coral son la acumulación de corales y algas calcáreas que crecen uno sobre otro.

Coeficiente de arraste: es el valor que se le otorga a la resistencia a fluir de un objeto o particula

Análisis de resultado

En la experiencia realizada, se estudió la técnica de sedimentación mediante el comportamiento de 8 partículas de diversos materiales con diferentes diámetros y pesos que fueron arrojada a una columna de vidrio llena de glicerina, midiendo el tiempo en que tardaron en recorrer la distancia entre las dos marcas que estaban en la columna. Con la finalidad de determinar los coeficientes de arrastres experimentales y teóricos y de igual forma las velocidades límites corregidas experimentales y teóricas.

Al observar la tabla de datos N 1 se aprecia que las partículas de menor diámetro cuentan con tiempos de sedimentación bajos, estas partículas de forma esférica están elaboradas en plomo, sin embargo, las partículas de vidrio a pesar de que cuentan con mayores diámetros y pesos tuvieron tiempos de sedimentación más elevados.

En la tabla N 3 se aprecia como las densidades de las partículas afectan tanto al coeficiente de arrastre como a la velocidad límite. Las partículas de plomo son las que cuentan con densidades más elevadas, estas descendieron mucho más rápido por la columna de vidrio, también poseen coeficientes de arrastre muchos más bajos, es decir, que se resisten menos al fluido y por lo tanto presentan velocidad más elevadas.

En el proceso de sedimentación actúan tres fuerzas, las cuales son el peso que actúa hacia abajo y se opone a la flotabilidad y la resistencia que se opone al movimiento de la partícula. En función de si la densidad de la partícula es mayor o menor que la densidad de la mezcla líquido-sólida circundante, se deriva una velocidad constante de flotabilidad o sedimentación de la partícula. (Luckert, 2004).

La densidad es una propiedad característica de la materia, que se emplea, por tanto, para determinar el tipo de sustancia, cuanto mayor sea la diferencia de densidad entre la partícula y el líquido, mayor será la velocidad de la partícula y con mayor rapidez se sedimentará la mezcla. (Palacios, 2016).

Visualizando la tabla de resultados N 4 se nota como la velocidad media o límite de las 8 partículas pueden ser afectadas por los bordes de la columna, por esta razón se hace una corrección de la velocidad donde se toma en cuenta tanto el diámetro de la columna y su longitud, como el diámetro de las partículas, los valores de la velocidad media resultaron más elevados que los valores de la velocidad limite corregida, es decir, que la columna aumento la velocidad de sedimentación de las partículas.

En cuanto a los coeficientes de arrastre experimentales (Cd exp), como se mencionó anteriormente las partículas de plomo (partículas 3, 6, 7, 8) presentaron coeficientes muchos más bajos, por lo tanto descendieron más rápido ya que presentaron menos resistencia al fluido (Ver tabla N 5), en el caso de las velocidades limites, a estas esferas tener poca resistencia, sedimentaron mucho más rápido, es decir, sus velocidades fueron más elevadas en comparación con las esferas de vidrio (partículas 1, 2, 4, 5) que si contaban con valores de coeficiente elevados y por lo tanto sedimentaron lentamente. Ambos cálculos experimentales (Cd y Va) al ser comparados con los teóricos, arrojaron grandes porcentajes de error, y debido a que los valores experimentales eran mayores que los teóricos, la mayoría de los porcentajes de error dieron valores negativos. Es imprescindible recordar que en la práctica también existen ciertos error de apreciación al momento de leer los tiempos en el cronometro, y que en la segunda corrida realizada, el fluido contenía partículas muy pequeñas que fueron soltadas por las 8 esperas utilizadas.

Comprobando lo antes expuesto, la gráfica N 1 de CD = f (Re) muestra que mientras más densa es la partícula, tiene un coeficiente de arrastre menor con respecto al fluido y por ende un numero de Reynolds más alto ya que se desplaza más rápido.

Análisis de resultado

En la práctica realizada, se estudió el flujo de fluidos a través de lechos porosos, mediante la utilización de una bureta rellenada con 0.3 gr de algodón y enrazada con agua para medir el tiempo de desalojo cada 2 cm3 y posteriormente agregando 5 gr de arena, el cual formaba el lecho poroso, volviendo a enrazar con agua y midiendo nuevamente el tiempo de desalojo de cada 2 cm3.

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