Equipos de sedimentación. .................................................................................................. 7 Tanques simples de sedimentación. .............................................................................. 7 Espesador de sedimentación. ........................................................................................ 7 Tanques subdivididos. .................................................................................................. 8 Clasificador de Spitzkasten. .......................................................................................... 8
3.
Equipos de filtración. ........................................................................................................... 9 Lecho de filtración. ....................................................................................................... 9 Filtros prensa de placas y marcos. .............................................................................. 10 Filtros de hojas. ........................................................................................................... 11 3.3.1
Índice de imágenes. Figura 1…………………………………………………………………………………………7 Figura 2…………………………………………………………………………………………8 Figura 3…………………………………………………………………………………………9 Figura 4…………………………………………………………………………………………9 Figura 5………………………………………………………………………………………..10 Figura 6………………………………………………………………………………………..11 Figura 7………………………………………………………………………………………..12 Figura 8………………………………………………………………………………………..12 Figura 9………………………………………………………………………………………..13 Figura 10………………………………………………………………………………………14 Figura 11………………………………………………………………………………………15 Figura 12………………………………………………………………………………………16 Figura 13………………………………………………………………………………………17 Figura 14………………………………………………………………………………………18 Figura 15………………………………………………………………………………………19
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I.T.S.A Figura 16………………………………………………………………………………………19 Figura 17………………………………………………………………………………………20
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I.T.S.A 1. Introducción. La mayor parte de la materia que nos rodea en la vida diaria está compuesta de mezclas de sustancias. En algunos casos es obvio que una muestra es una mezcla, mientras que en otros puede ser necesario proceder a un examen cuidadoso y usar un instrumental relativamente complejo para determinar si se trata de una sustancia pura o de una mezcla de sustancias. La separación de las sustancias de una mezcla es importante para los químicos y en muchas industrias, dado que la mayor parte de los materiales, sean obtenidos de productos naturales o preparados en el laboratorio, son mezclas de sustancias. Los procesos de separación simples usados en el laboratorio son los mismos que los de las industrias. Con frecuencia es necesario separar los componentes de una mezcla en fracciones individuales. Las fracciones pueden deferir entre cien el tamaño de partícula, fases o composición química. Así un producto crudo puede purificarse separando del mismo las impurezas; dos o más productos de una mezcla se puede separar en los productos individuales puros; la corriente procedente de una etapa del proceso puede consistir en una mezcla del producto y de las materias primas no convertidas, que debe separarse y recircular las materias primas a la zona de reacción para su posterior tratamiento; o bien una sustancia valiosa, tal como un mineral metálico, disperso en una masa de materiales inerte a liberarse con el fin de recuperarlo y retirar el material inerte. Se han desarrollado numerosos métodos para llevar a cabo estas separaciones y existen distintas operaciones unitarias con esta finalidad. En la práctica se presentan muchos problemas de separación teniendo el ingeniero que elegir el método que mejor se adapte a la resolución Los procedimientos para separar los componentes de una mezcla se clasifican en dos grupos, el que constituyen los dominios operaciones difusiónales, que implican cambios de fase o transporte de materia de una fase a otra, a estos métodos llamados separaciones mecánicas, útiles para separar partículas sólidas o gotas liquidas. Separaciones mecánicas unidad 2
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I.T.S.A Las separaciones mecánicas son aplicables a mezclas heterogéneas y no a disoluciones homogéneas. Los coloides, que son una clase intermedia de mezclas generalmente no se trata por los métodos Las técnicas están basadas en las diferencias físicas entre las partículas, tales como tamaño, forma o densidad. Son aplicables a la separación de solidos de gases, de gotas liquidas de gases, solidos de sólidos y solidos de líquidos. Dos métodos generales son la utilización de un tamiz, tabique o membrana, tales como criba o un filtro, que retienen uno de los componentes y dejan pasar el otro; y la utilización de la diferencia entre las velocidades de sedimentación de partículas o gotas cuando se desplazan en el seno de un líquido o un gas. Para problemas especiales se utilizan otros métodos no considerados que se basan en
la humectabilidad o en las
propiedades eléctricas o magnéticas de las sustancias.
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I.T.S.A 2. Equipos de sedimentación. La sedimentación es el asentamiento y remoción de partículas suspendidas que ocurre cuando el agua se estanca, se detiene o fluye lentamente a través de un tanque. Debido a la poca velocidad de flujo, por lo general no habrá turbulencia, y se permitirá el asentamiento de partículas que tengan una densidad de masa mayor que la del agua. Estas partículas serán depositadas en el fondo del tanque formando una capa de lodo. Tanques simples de sedimentación. Tanque o estanque en el cual se retiene, durante un tiempo suficiente, agua, aguas residuales o cualquier otro líquido que contenga sólidos sedimentables. En dicho estanque el caudal es lo suficientemente bajo como para remover por gravedad parte de la materia en suspensión.
Figura 1. Tanque simple de sedimentación. Espesador de sedimentación. En la industria, las operaciones de sedimentación se llevan a cabo en regímenes continuos en equipos llamados espesadores. La suspensión se alimenta por el centro del tanque, a varios metros por debajo de la superficie del líquido. La salida de derrame del líquido transparente rodea toda la parte superior del tanque. El raspador sirve para arrastrar la suspensión hacia el centro del fondo para su extracción. Esta agitación ligera ayuda a separar agua de la suspensión. La suspensión que entra al espesador se distribuye radialmente por toda la sección transversal de la unidad y el líquido fluye hacia arriba para derramarse.
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I.T.S.A Los sólidos se precipitan en la zona superior por precipitación libre. Por debajo de esta zona de precipitación diluida está la región de transición, en la cual la concentración de los sólidos aumentan con gran rapidez y luego la zona de compresión.
Figura 2. Espesador de sedimentación. Tanques subdivididos. Consiste en un tanque subdividido en varias secciones. . La alimentación consiste en una suspensión líquida que contiene partículas sólidas de tamaño comprendido en cierto intervalo. Las partículas más grandes, que precipitan con mayor rapidez, caen al fondo, cerca de la entrada, y las de menor velocidad de precipitación llegan hasta el otro extremo del tanque. La velocidad lineal de la alimentación disminuye como resultado del aumento de área de corte transversal en la entrada al tanque. Los deflectores verticales del equipo permiten recolectar las diversas fracciones. Clasificador de Spitzkasten. El clasificador de Spitzkasten consiste en un tanque subdividido en varias secciones de recipientes cónicos de diámetro creciente en dirección del flujo. La alimentación consiste en una suspensión liquida que contiene partículas sólidas de tamaño comprendido en cierto intervalo. Las partículas más grandes se precipitan con mayor rapidez, caen al fondo, y las de menor velocidad de precipitación llegan hasta el otro extremo del tanque.
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Figura 3. Clasificador de Spitzkasten. 3. Equipos de filtración. La filtración es la operación unitaria que se utiliza para separar partículas sólidas (insolubles) contenidas en fluidos (líquidos o gases), mediante el paso del fluido a través de una superficie con orificios de determinado tamaño. Lecho de filtración. En la filtración de lecho profundo, el agua bruta atraviesa un medio filtrante depositado en forma de lecho. Como medios filtrantes se usan frecuentemente arena y grava. El agua bruta fluye por los intersticios del lecho filtrante, donde se retienen los sólidos. El agua tratada atraviesa el lecho filtrante sin obstáculos. Con el paso del tiempo se va acumulando una cantidad cada vez mayor de sólidos en los intersticios del lecho filtrante. Los sólidos depositados se pueden eliminar por lavado en sentido inverso.
Figura 4. Lecho de filtración.
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I.T.S.A Filtros prensa de placas y marcos. Este tipo de filtro es ampliamente usado en los sectores alimentario, farmacéutico, cervecero y de destilación. La unidad está montada en un bastidor de suelo de acero inoxidable, que aloja el filtro, la bomba de alimentación y las tuberías. También se incluye una bandeja de goteo de acero inoxidable. Se suministra una selección de medios filtrantes de diferentes grados a fin de poder encontrar combinaciones óptimas para una operación de filtrado determinada. Se incluyen también cuatro grados de medios filtrantes, adecuados para: filtración con prerrecubrimiento, clarificación gruesa, pulido y esterilización. El paquete filtrante situado entre los cabezales está compuesto de un marco final y tres marcos intermedios para el lodo, y una placa filtrante final y tres placas intermedias. El filtro acepta un total de 12 hojas filtrantes de 200mm x 200mm, dando una superficie filtrante nominal de 0,22m2y una capacidad nominal de sólidos de 1,5 litros.
Figura 5. Filtro prensa.
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I.T.S.A Filtros de hojas. Consisten en una serie de elementos filtrantes planos, denominados hojas, que se encuentran en el interior de una carcasa presurizada. Cuenta con una mayor uniformidad y mejor separación de la torta, facilidad de lavado y de instalación de la tela. 3.3.1 Filtro Niágara Consiste en un depósito cilíndrico en el que se sitúa una batería de hojas filtrantes transversales montadas sobre carriles al exterior de la carcasa para descargar la torta. Esta se desprende fácilmente golpeando las hojas con una maza de goma. Su principal aplicación es en la industria de bebidas.
Figura 6. Filtro Niágara. 3.3.2 Filtro Kelly En los filtros tipo Kelly, las placas revestidas con tejidos filtrantes están instaladas en el interior de vasos de presión. En los filtros hoja de presión, sus sectores/hojas, revestidos con tejidos técnicos filtrantes, están instalados en grandes tanques abiertos. En ambos, los sectores son individualmente montados e interconectados. Se bombean el lodo u otras soluciones y se filtran por cada elemento filtrante, separando los sólidos de los líquidos. Estos equipos son utilizados en varias industrias químicas, de aluminio y mineras de oro y son caracterizados por la gran superficie filtrante y alto rendimiento.
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Figura 7. Filtro Kelly. 3.3.3 Filtro Sweetland. Consiste en una envuelta cilíndrica, de la que la mitad superior A es fija mientras que la mitad inferior B está colgada por un lado y puede volcarse. Las hojas del filtro C son circulares y están montadas perpendicularmente al eje de la envuelta. Esto indica que para un filtro determinado sólo ha de disponerse en almacenes de un solo tamaño de hojas. Las hojas van suspendidas de la mitad superior de la estructura, como se ve en la figura. El lodo a filtrar se bombea a través del canal E en el fondo de la envuelta y se distribuye por un plato perforado F. El filtrado pasa a través de los lados de las hojas al interior de las mismas, y cada hoja descarga a través de su propias mirillas en el dispositivo de descarga común H. El filtro prensa Sweetland tiene la ventaja de poseer una gran superficie de filtración por unidad de espacio horizontal, buena eficacia de lavado, bajo costo de mano de obra y poco espacio muerto en el filtro.
Figura 8. Filtro Sweetland.
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I.T.S.A 3.3.4 Filtro Moore. Es el original filtro de hojas. Fue desarrollado en la filtración de los minerales para el proceso del cianuro. Las hojas eran rectangulares y grandes de unos 3 x 4,5 m. Un cierto número de estas hojas (unas 100) se suspendían de una estructura y todas las conexiones de salida iban a parar a un dispositivo de descarga común. El conjunto total se denominó un filtro de cesta y se suspendía de una grúa móvil. El material que había que filtrar se bombeaba al interior del primero de una serie de depósitos rectangulares. El filtro de cesta se hacía descender al interior del depósito y se aplicaba la succión a Las hojas, conectando el colector de la cesta a una cabeza de succión par media de una manga. Cuando se había formado una torta del espesor deseado, el total de la cesta, tortas y todo, se elevaba (sin interrumpir la succión) y se hacía descender al depósito siguiente que contenía una solución de lavado. Podían hacerse uno o varios lavados. Para cada lavado, la cesta se elevaba y se trasladaba al depósito siguiente. Finalmente, la cesta se llevaba a un depósito vacío, se aplicaba aire a presión en el interior de Las hojas conectando con una manguera a la cabeza de aire comprimido, y la torta caía. Las hojas se levaban con una manguera y la torta diluida con agua se sacaba del depósito.
Figura 9. Filtro Moore. Filtros rotatorios o continuos. Son filtros de succión en los que filtración, lavado, secado parcial y descarga de la torta tienen lugar automáticamente. Las necesidades de mano de obra son por lo tanto bajas y puede obtenerse un funcionamiento económico, especialmente si la alimentación es una suspensión espesa.
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I.T.S.A 3.4.1 Filtro de tambor rotatorio. Es un cilindro horizontal que gira parcialmente sumergido en un depósito con la suspensión agitada. La superficie cilíndrica está agujereada y se cubre con la tela. Se succiona haciendo vacío, y el líquido claro atraviesa la tela, mientras la torta se va formando en la superficie. La capacidad de filtración depende de la velocidad de rotación. Si la torta se resquebraja, se comprime con una correa. Los filtros rotatorios se caracterizan por tener una tela cilíndrica rotatoria, la cual se encarga de filtrar el flujo que pasa a través de éste. Los filtros rotatorios se utilizan principalmente en los tratamientos primarios, o donde se requiera remover sólidos grandes o gruesos, de manera rápida y a un bajo costo de operación. Estos filtros también son muy útiles en diferentes industrias como: Bebidas, Azucarera, minería, ganadera.
Figura 10. Filtro de tambor rotatorio. 3.4.2 Filtro de discos. Tienen un cierto número de hojas filtrantes dispuestas sobre un eje. El elemento básico de filtración es un segmento con una malla de filtración. El agua que entra en el espacio interior del segmento de filtración sale a través de la malla que retiene partículas finas, los segmentos están sujetados en un árbol de disco. Doce segmentos forman un disco. El número de discos determina la capacidad y, a su vez, el tamaño del filtro. Los filtros de disco filtran mayores caudales (volúmenes) de líquidos con dimensiones mínimas de construcción. El alto rendimiento de la filtración se asegura gracias a una malla de filtración con el tamaño de agujeros ya desde los 5 micrómetros. Los filtros de disco se pueden utilizar para la filtración de un volumen grande de aguas residuales. Separaciones mecánicas unidad 2
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Figura 11. Filtro de discos. 4. Equipos de centrifugación. La centrifugación es una operación en la que se separan sustancias por medio de la fuerza centrífuga. El método se basa en la diferencia de densidad entre el sólido y el líquido; también puede utilizarse para separar dos líquidos con densidades muy distintas. Ciclones. En un ciclón, el gas entra en la cámara superior tangencialmente y desciende en espirales hasta el ápice de la sección cónica; luego, asciende en un segundo espiral, con diámetro más pequeño, y sale por la parte superior a través de un ducto vertical centrado. Los sólidos se mueven radialmente hacia las paredes, se deslizan por las paredes, y son recogidos en la parte inferior. El diseño apropiado de la sección cónica del ciclón obliga al cambio de dirección del vórtice descendente; el vórtice ascendente tiene un radio menor, lo que aumenta las velocidades tangenciales; en el cono se presenta la mayor colección de partículas, especialmente de las partículas pequeñas al reducirse el radio de giro. Los ciclones son adecuados para separar partículas con diámetros mayores de 5 µm; aunque partículas muchos más pequeñas, en ciertos casos, pueden ser separadas.
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Figura 12. Ciclón.
Hidrociclones. Los hidrociclones son equipos destinados principalmente a la separación de suspensiones sólido – líquido, y son usados industrialmente, en casi todos los sectores. La función principal del Hidrociclón es separar los sólidos suspendidos en un determinado flujo de la pulpa de alimentación, en dos fracciones, una que acompaña al flujo llamado descarga que lleva en suspensión los sólidos más gruesos y otra fracción que acompaña al flujo denominado rebose que lleva en suspensión los sólidos más finos. La pulpa de alimentación entra tangencialmente en la parte cilíndrica a una cierta presión, lo que genera su rotación alrededor del eje longitudinal del hidrociclón, formándose un torbellino primario descendente hacia el vértice inferior del hidrociclón. Las partículas más gruesas giran cercanas a la pared por efecto de la aceleración centrífuga, siendo evacuadas a través de la boquilla en forma de pulpa espesa. Debido a las reducidas dimensiones de dicha boquilla, solamente se descarga una parte de la suspensión, creándose en el vértice inferior un torbellino secundario de trayectoria ascendente, que es donde se produce la separación al generarse en este punto las mayores aceleraciones tangenciales. Esta corriente arrastra hacia el rebose las partículas finas junto con la mayor parte del líquido, que se descarga a través de un tubo central situado en el cuerpo cilíndrico superior del hidrociclón. Para ajustar el tamaño de separación de las partículas sólidas entre 10 y 500 micras, se regula la aceleración del torbellino y se modifica la geometría y/o toberas del hidrociclón. Se emplean en las aplicaciones más diversas, como en el Lavado de arenas, eliminando partículas nocivas inferiores a 50-150 micras; la Recuperación de arenas finas, perdidas en el rebose de Separaciones mecánicas unidad 2
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I.T.S.A equipos de lavado ineficientes u obsoletos; la Producción de dos-arenas y Arenas ultra-finas; la Clasificación de sólidos, en el rango de 10-300 micras, como en circuitos de molienda y pre-concentración de minerales; el Espesado de pulpas, previo a etapas de concentración; la Clarificación parcial de efluentes; los Circuitos de lavado a contra-corriente; y en la Desulfuración de los gases de combustión (FGD) de centrales térmicas.
Figura 13. Hidrociclon. Centrifugador tubular. Las centrífugas tubulares son usadas mayormente para la separación continua de líquidos de otros líquidos o de partículas muy finas de líquidos. En general, son usadas cuando se requieren altos requerimientos de centrifugación. . El tazón rotatorio de una centrífuga tubular consiste en un largo tubo hueco. El material a centrifugar es introducido en el extremo cerca del eje. En muchos casos la separación no es completa y se debe pasar el material varias veces a la máquina. Estas centrífugas son movidas por un motor de alta velocidad o una turbina de aire o vapor. La sedimentación toma lugar como un fluido que fluye desde un extremo del tubo al otro. Cuando el material consiste en pequeñas partículas o moléculas y la concentración es muy baja, el material sólido es usualmente dejado depositarse en la pared.
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I.T.S.A Las centrífugas tubulares se usan en un sinnúmero de aplicaciones, tales como: purificación de vacunas (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; separación de líquidos inmiscibles que no pueden ser separados por gravedad.
Figura 14. Centrifugador tubular. Centrifugador de discos. La centrífuga de discos se utiliza para procesos de separación a gran escala; está compuesta por una serie de conos metálicos conocidos como discos, separados entre sí por espacios muy pequeños. Es de mucha utilidad en la separación de líquidos de diferente densidad. Durante la centrifugación, los sólidos, o el líquido más denso, quedan retenidos en el borde de los discos y el líquido es eliminado por la parte superior de la centrífuga.
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Figura 15. Centrifugador de discos. Centrifugas de boquillas de descarga. Se usa cuando el líquido de alimentación contiene mayor porcentaje de sólidos, siendo preciso que exista un dispositivo para la descarga automática de los sólidos. Los sólidos son desplazados hacia la periferia del recipiente y salen de forma continua a través de las boquillas junto con una considerable cantidad de líquido. En algunos diseños, parte de la suspensión descarga desde las boquillas y es reciclada a través del recipiente para aumentar la concentración de sólidos, y también se puede introducir líquido de lavado en el recipientpara efectuar un lavado por desplazamiento.
Figura 16. Centrifugador de boquillas.
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I.T.S.A Separadores de lodos. En una centrífuga con boquillas de descarga los sólidos abandonan el recipiente por debajo de la superficie del líquido y, por tanto, llevan consigo cantidades considerables de líquido. Para separar una suspensión de alimento en una fracción de líquido claro y un lodo pesado «seco», hay que desplazar mecánicamente del líquido los sólidos sedimentados y escurrirlos mientras se encuentran todavía bajo la acción de la fuerza centrífuga.
Figura 17. Separador de lodos.
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I.T.S.A 5. Conclusiones. Esta investigación fue muy importante ya que pudimos leer y conocer los distintos tipos y clasificaciones de equipos como son los: Equipos de lecho, filtros de hojas, equipos en serie, filtros rotatorios, equipos de gravedad, decantadores centrífugos, separadores de lodo etc., también saber que estos equipos tienen subdivisiones, por lo tanto esta investigación nos ayudara en cómo trabajan estos equipos, indicaciones de cómo se manejan, sus características, y que material es con el que trabajan estos distintos equipos. Esto nos servirá por si en un futuro llegáramos a trabajar con unos de estos equipos por lo menos vamos a conocer el aparato y para qué sirve o cómo funciona. 6. Referencias. 1. Hernandez, A.; Alfaro, I. Y Arrieta, R. Microbiologia industrial. EUNED. 2009, P. 5556. 2. Casal, J. & Martínez-benet, J. 1989. Cálculo y diseño de ciclones. En: Ingeniería Química. Madrid. 3. De Nevers, N. 1997 Ingeniería de control de la contaminación del aire. Mc Graw-Hill. México. 4. Pérez, F., Ramírez, D. & Ramírez, J. 1994. Diseño óptimo de colectores ciclónicos. Revista Ainsa. Número 26, Medellín. 5. Perry, R. & Chilton, C. 1986. Manual del Ingeniero Químico. vol. 5, McGraw-Hill. México, D. F. 6. Roberts Alley & Associates, Inc. 2001. Manual de control de la calidad del aire. Mc Graw-Hill. México. 7. Gunt Hamburg. (2012). Filtración de tratamiento de aguas procesos mecánicos. Sitio web: http://www.gunt.de/images/download/filtration_water_spanish.pdf 8. Aquarent. (2015). Filtración por lecho profundo. 11/03/2017, de Plantas purificadoras de agua, osmosis inversa, agua destilada y más. Sitio web: http://www.livingwater.org/filtracion_por_lecho_profundo.htm 9. Tecnología Educativa s.a. (2014). Filtro prensa de placas y marcos, de acero inoxidable Armfield
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FT14-A.
11/03/2017,
de
TECNOEDU
Sitio
web:
https://tecnoedu.com/Armfield/FT14A.php
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I.T.S.A 10. Quiminet. (30/01/2008). El funcionamiento del filtro prensa. 11/03/2017, de Quiminet Sitio web: https://www.quiminet.com/articulos/el-funcionamiento-del-filtro-prensa23843.htm 11. Nea Gtz. (1 de octubre 2011). Filtración. 10/03/2017, de Slideshare Sitio web: https://es.slideshare.net/Nea_Gtz/filtracin 12. Calleja Pardo. (2008). Tema 6 Filtración. 10/03/2017, de ocwus Sitio web: http://ocwus.us.es/arquitectura-e-ingenieria/operacionesbasicas/contenidos1/tema6/pagina_08.htm/skinless_view